もっと速く!



 雑談掲示板(B1)で、スターウォーズの話題が出たら、なんか科学っぽいエッセイを書きたくなったTERUでございます。だってほら、ぼくってばSF作家だから。だれだ、いま本当はハーレム作家だろと言ったのは(笑)。

 では、はじめよう。

 みなさんは、光がどのくらいのスピードで飛んでるかご存じだろうか。よく、1秒間に地球を7周半できると表現されるよね。でも、それって何キロなの?

 大丈夫。あなたが調べる必要はない。調べたり計算したりは、ぜんぶぼくがやってあげよう。ずばり、光のスピードは、毎秒29・9792458キロメートルです。これじゃあ数字が長すぎるんで、約30万キロメートルと覚えておけば、とりあえず、このエッセイを読むには問題がない。

 1秒間に30万キロメートル。とんでもなく速いよね。たとえば、夜空に輝く月までの距離は38万キロだから、だいたい1・27秒で光は月まで飛んでいっちゃう。じゃあ、太陽はどうだろう。地球と太陽の距離は平均して1億5千万キロメートルだから(地球は楕円軌道で太陽を回っているから、時期によって違う)、計算すると……だいたい五百秒かかるわけだ。八分ぐらいだね。さすがの光でも、太陽までは八分かかるのか。

 ではでは、もっと遠い場所を考えてみよう。太陽系を飛び出して、一気にべつの恒星まで行ってみようじゃないか。といっても、あんまり遠くへ行くのは不安だから、まずは太陽のおとなりの恒星にお邪魔しよう。

 そこは、ケンタウルス座にあるアルファ星だ。アルファ・ケンタウリって呼ぶと、ちょっとカッコよくない? でも、正式名称(学名)はリギル・ケンタウルスって言うんだ。なんでこんなにたくさん呼び名があるかというと、そもそも「アルファ星」というのは固有名詞ではなくて、その星座の中で一番明るい星を差すのに使うんだよ。たとえば、オリオン座で一番明るいのはベテルギウスだから、ベテルギウスを、オリオン座アルファ星と呼んでもいいわけだ。シリウスは、おお犬座アルファ星だ。

 ちなみに、その星座の中で、二番目に明るい星をベータ星と呼ぶ。三番目はガンマ星。四番目はデルタ星。そう。ギリシャ文字の順になってるんだよね……って、また話がそれてきた(笑)。

 話を戻そう。アルファ・ケンタウリまでの距離は、だいたい41兆5千万キロメートル。ひゃあ、遠いねえ。あんまり途方もない数字で、どれだけ遠いのか実感がわかないよね。だから、光が進む時間を尺度にして、感覚をつかむことしよう。

 光は1秒間に、30万キロメートル進むと書いたよね。じゃあ、ぐーんと時間を延ばして、1年間飛び続けたら、いったい何キロ進むんだろう。はい、みなさん。電卓の準備はよろしいかな? え? 計算はあんたがやるんだろうって?

 はいはい。わかってますよ。わたしが計算してあげましょう。ちなみに、これ冗談で書いてるんじゃなくて、マジで電卓で計算しながらエッセイを書いているので、もし計算が間違ってたらごめんね(間違いを発見したら、ぜひ感想掲示板かメールで教えてくださいませ)。

 さて、計算。えーと、光が1年間飛び続けたら、約9・46兆キロメートル進みますな(これを1光年と呼ぶんだ)。ということは、アルファ・ケンタウリまでは、光でさえも、4・39年もかかるわけ。4年と3カ月ですぜダンナ。もしも、アルファ・ケンタウリに惑星があって、そこに異星人が住んでいて、その人たちと通信をしようとすると……

「ハロー。元気でやってる?」

 なんて呼びかけてから、光速で飛ぶ電波は4年と3カ月かかって、やーっとアルファ・ケンタウリに届いて、そこからさらに……

「やあ、地球人さん。こっちは毎日蒸し暑くてたまんないよ」

 という返事が地球に届くのが、またまた、4年と3カ月後だから、最初の呼びかけから、お返事をもらうまで、なーんと八年半も待たなきゃいけないわけだ。

 でも、アルファ・ケンタウリなら、まだ許せる。あなたが25歳だとしたら、返事が返ってくるときには、33歳になってるけど、待てない時間じゃない。これがシリウスになると、片道8・7光年。往復では17年以上かかるわけよ。17年。ちょっと待つのはきついなあ。それでも、あなたが25歳なら、まだ待てる。じゃあ、こと座のベガだったらどうか。ベガだと、片道25光年だ。往復で50年! どうよ。あなたが25歳でも、そろそろ待てないでしょう。

 なに? まだ待てる? オレは100歳まで生きるんだ? おいおい。心意気はご立派だけど、どうせボケちゃって、自分がどんな通信文を送ったか忘れてるって。

 それでも待つ気だと言い張るなら、ポラリス(北極星)ならどうだ。こいつは片道400光年。往復で800年だ。わははは。どーだ。これなら絶対に待てないだろう。たとえ、あなたがゼロ歳児でも(笑)。

 いーや、子孫に受け継いででも待つ!

 という頑固な人もいるかもしれない。うん。800年なら、まだ人類が生存していると期待できる年月ではあるものな。よし。それなら思い切って、銀河系を飛び出そう。アンドロメダ星雲まで通信するならどうだ。ここなら片道230万光年だ。230年じゃないよ。230万年。往復なら460万年。これだけ時間がかかれば、子孫どころか、人類そのものが地球にいないかもよ。たとえいても、いまの人類とは形の違う生物だろうね。だって、460万年前の人類は、チンパンジーと分化したかどうかってころだから、460万年後の人類は、目玉が大きくて、髪の毛がなくて、ひょろっとして……すいません。また話がズレまくってます。

注1
念のため言っとくけど、宇宙は広いんだよって説明をしたかっただけなので、シリウスは白色矮星で、しかも連星だから、通信相手がいそうな惑星は存在しないぞ。なんて突っ込みは受け付けてません。北極星その他も同様です。


 とにかく。なにが言いたいかというと、宇宙というのは、すごく広くて、光でさえも、何年、何十年、何百年、何千年、何万年、という、途方もない時間をかけなければ、目的地に到達できないほどなんだ。

 やってられん!

 と、思った人たちがこの世にいる。その人たちとは、異星人と通信を試みようとしている科学者だろうか? いいえ違います。答えはSF作家。考えてもごらんよ。SF小説でこんな通信手段を使っていたら、話がぜんぜん進まないじゃん。もちろん科学的にリアルなSF小説もあるから、すべてがそうだとは言わないけど、やっぱさ、べつの恒星にガンガン飛んで行けたほうがおもしろい。

 だから、光の速度なんて無視無視!

 というわけにはいかないのだよ。いや、1905年まではそれでよかった。光より速いスピードで飛んでも、だれにも怒られなかった。ところが、1905年に、アインシュタインというオッサンが、特殊相対性理論を発表しちゃったからさあ大変だ。

 今回は細かいことはぜんぶ省くけど、特殊相対論では、光の速度は常に一定であるという原則で成り立っている。光速度不変の原理だ。さらに言うと、この宇宙空間では、光よりも速く飛ぶモノがあってはいけないのだよ。つまり、光速度そのものが、宇宙のスピード制限なわけ。こいつを破るとすごいよ。高速道路でスピード違反しても、お巡りさんに捕まるだけだけど、光の速度を破ったらどうなると思う?

 神様に怒られちゃうんだよ! 神様じゃなあ、相手が悪いよなあ。

 もちろん、そんなバカなと思った科学者もいた。光速度が不変だって? 特許局で働いてるアマチュアが、なにをバカなこと言ってやがるんだと(アインシュタインは、特許局で働いてたんだ)。

 いや、そういう科学者もいたどころではなくて、そういう科学者ばかりだった。だって光の速度が不変だと仮定すると、すごく変なことが起こるんだよ。光のスピードで飛んでいる物体は、なんと……時間の進み具合が遅くなってしまうんだ!(正確に言うと、観測者から見て、時間が遅くなるのであって、飛んでる本人は気づかない)

 それでもアインシュタインは正しかった。観測したら、光のスピードに近い速度で飛んでいる素粒子は、たしかに時間の進み具合が遅くなっていた。自然科学の世界では、観測結果は絶対だ。実際に「そのとおりだった」というのがわかれば、それがどんなに奇抜なことでも受け入れなきゃいけない。しかも、それをきっちり説明できる理論があるんだから、もうなにも言うことはない。

 光のスピードを超えられない……これは困った。

 そこでSF作家は、ワープという方法を考え出した。要するに、光速度不変の原理を守りつつ、いかに宇宙船を光の速度より速く移動させるかってことだ。一口にワープといっても、方法はいろいろだ。SF作家はあの手この手を考える。たとえば、別次元に入り込んで近道しちゃう方法とか、宇宙船の周りに亜空間フィールドを作って、通常(?)の時空の物理法則を超越するとか……

 でも……

 もしも、もしもだよ。光速度が不変じゃなかったらどうする? 光は、本当はもっと速く飛べるんだとしたら、SF作家は作中で、ワープなんて嘘っぽい屁理屈をこねくりまわさなくてもよくなるんじゃないか?

 いやいや、そんなバカな。特殊相対論が発表されてから、ほぼ100年。その間、気の遠くなるほど多くの検証に耐え抜いてきた理論だ。あらゆる観測結果がアインシュタインの相対論の正しさを証明してきた。なのに、それが間違っているなんて、だれが主張できるというんだ。科学に対して、なんの責任もないSF作家なら、いくらでも嘘八百を並べ立てられるけど、ほんのちょっとでもマトモな科学者なら、特殊相対論の正しさを疑ってはいない……はずだった。

 ここで話題を変えて、宇宙の誕生した瞬間を見てみることにしよう。大丈夫。ちゃんと話を戻すから、しばらくがまんしてほしい。

 いまの科学者は、宇宙は「無」から生まれたと思っている。「無」から宇宙が生まれたって? そんなバカな。と、だれもが思うだろうけど。ぼくもそう思うよ。でも、難しいことは省くけど、物理学で言う「無」というのは、完全な「虚無」ではないんだ。そこには必ず「ゆらぎ」が存在する。もう少しだけ詳しく言うと、ある空間から、エネルギーを抜き取るだけ抜き取っても、どうしても「振動」が残ってしまうんだ。この振動は、素粒子の生成と消滅が繰り返されることによって起こるのだけど、この現象は、物理的に消すことはできない。この絶対に消すことのできない振動を「ゆらぎ」と呼ぶんだよ。

 宇宙は、ある日、この「ゆらぎ」からトンネル効果という現象によって、パッと、なんの脈略もなく(笑)生まれた。と、ビレンケンという学者は考えた。これがいわゆる「無からの創成論」だ。この理論はまだ完成されてないけど、いまんとこ、宇宙の誕生を説明する説としては有望だと思われている。

 このあと、生まれたての宇宙に、驚くべき変化が起こった。生まれたばかりのベビー宇宙は、直径が、10のマイナス34乗センチ以下という、とてつもない小ささだった。これは、いま科学者が知っている一番小さな素粒子よりも、もっともっと小さい。

 この小さなベビー宇宙が、インフレーションという現象を起こして、直径1センチの火の玉に成長した。この、1センチの火の玉が大爆発を起こして、いまの宇宙が作られていったんだ。このときの大爆発を「ビッグバン」と呼ぶ。文字通り、大きなバーンという爆発って意味だよ。冗談みたいな名前だけど、じつはマジで冗談だったんだ。ビッグバン理論は、1948年にジョージ・ガモフによって発表されたんだけど、そのころは信じる人が少なくて、他の科学者が、「宇宙がでっかいバーンって爆発ではじまったって? バカじゃない、あんた」と、ガモフをからかった名残なんだよ。

 さて。ここで問題は、宇宙がビッグバンを起こす前、直径が1センチまで成長した過程を説明するインフレーション理論だ。

 さっき、ベビー宇宙は10のマイナス34乗センチ以下だったと書いたよね。これが直径1センチに成長するまでにかかった時間はどのくらいだと思う?

 インフレーションは、宇宙が創成してから、10のマイナス44乗秒後にはじまって、10のマイナス33乗秒後に終了した。ということは、1秒の1兆分の1をさらに1兆分の1にして、またさらに10億分の1以下にした、とてつもなくわずかの時間に起きた現象なんだよ。

 ここで仮に、ベビー宇宙の大きさを、大きさゼロの点と考えられるとしよう。それが直径1センチになるわけだから、なにかが、1秒の1兆分の1の、さらに1兆分の1の、またさらに10億分の1秒間に、5ミリ(半径分)移動したことになる(正確には移動ではないと怒られそうだが)。さらに、ここで仮に、その移動したなにかが、光だったとしよう。だって、光が一番速いからね。容疑者としては最適じゃないか。では、光は5ミリ移動するのに、何秒かかるのかな?

 ああ、また電卓だよ。いや、これくらいなら電卓を使わなくてもできるな。光は1秒間に30万キロメートル進むわけだから、1秒間に30億センチ進むと言い換えてもいい。ということは、もうわかるよね? 1センチ進むのに、1秒の30億分の1秒かかるわけだ。5ミリはその半分だから、1秒の60億分の1だ。

 おや? なにかおかしくないか?

 さっきぼくは、インフレーションは、1秒の1兆分の1をさらに1兆分の1にして、またさらに10億分の1にした時間と書いた。光が5ミリ進む、1秒の60億分の1秒よりはるかにはるかに短い時間だ。どうやら、光が移動したわけではないようだよ。それどころか、インフレーションの膨張スピードに比べたら、光なんて、停止しているようなもんだ。どのくらい差があるか計算してみようか……

 ぎゃーっ。普通の電卓では桁が足りなくて計算できません(涙)。くそう。紙で計算しなきゃイカンのか。間違いをやらかしませんように……

 えーと、インフレーションの膨張は、1センチの球に広がるのに、1秒の1兆分の1のさらに1兆分の1の10億分の1かかるわけだから……もし仮に同じ速度で膨張が1秒間続いたとすると、直径1000000000000000000000キロメートルの球になるわけですか。こいつの半径を1光年で割ると……だいたい五千万光年ですな。つまり、仮にインフレーションが1秒間続いていたら、光が5千万年かかって飛ぶ距離を、たった1秒で到達しちゃうわけだ。すごーい!(念のために書いとくけど、インフレーションは1秒間も膨張を続けられない。光のスピードと比較したいがための空想なので、そのへん誤解のないように)

 ここで告白しよう。ぼくは、インフレーション理論の解説書を、何度読んでも理解できない。どうしてもイメージがわかないんだ。そんな強烈な膨張がどうして起こったのか、どうしてもわからない。

 その解説を要約するとこうだ。

 生れたての宇宙は、真空のエネルギーを持っていた。このエネルギーは急膨張する性質がある。急激に宇宙が大きくなるということは、それだけ密度が低くなり、温度が急激に下がることを意味する。そのとき、水が氷点以下になっても一時的に凍らず、水のまま持ちこたえる現象、いわゆる過冷却と同じ状態に陥るらしい。

 ここまではわかる? うーん。まあ、なんとなくわかるような気もする。でも、難しいのはここから先だ。

 この過冷却の状態のときに、ベビー宇宙には、膨大なエネルギーが潜熱として蓄えられる。潜熱っていうのは、物質が液化したり凍結したりするときに、その物質の状態の変化によって解放される熱エネルギーのことだ。たとえば水だったら、凍る時にその潜熱が吐き出されるわけ。逆に言うと、潜熱が吐き出されるから、氷になるわけよ。

 で、問題のインフレーションでは、真空の相転移によって、蓄えられた莫大な熱エネルギーが解放され、素粒子より小さかったベビー宇宙が、直径1センチ以上もの、火の玉になったと……

 どうよ。わかる? 真空の相転移って言われてもねえ(苦笑)。ここでさらに、真空についての解説書を読むと、なんとなくわかったような気にさせられるのだけど……

 とにかく、難しいことはおいといて、ここで一つ重要な事実を指摘しておきたい。真空の相転移だかなんだか知らないけど、宇宙のはじまりには、光のスピードを超えるものがあったんだ。どういうことだこれは。マトモな科学者なら、特殊相対論の正しさを疑うものはいないはずじゃなかったのか? なのに、光のスピードを超えちゃっていいのか?

 いいんです。

 というか、光速度が不変であるという基本原理を守ったまま、宇宙の成長過程をうまく説明する理論がインフレーション理論と言えるのかもしれない。

 ところが……この世の中には、どんなところにも変人はいるもんです。

 もし仮に、宇宙の初期では、光はいまよりも、ずっとずっと速く飛んでいたとするならば、つまり、光速度不変の原理が破られていたのだとすれば、真空のエネルギーが急激に膨張したなんて、小難しい理屈をこねるインフレーション理論は必要ない。

 と、こんな大胆なのか愚かなのかよくわからんことを考えている連中がいる。その筆頭が、ポルトガル人のジョアン・マゲイジョだ。現在35歳の彼は、ロンドン大学のインペリアル・カレッジの講師をやりながら、光速変動理論を研究している。

 光よ、もっと速く。もっともっと速く!

 彼はそう願って研究を続けている。もっとも、まだその理論は完成していないし、理論を証明するための観測方法も模索中だ。

 もしも、マゲイジョが正しければ、宇宙の起源に関する理論が一変することは間違いないし、そもそも、光速度が不変であるとして構築された特殊相対性理論も見直しを迫られることになる。(たとえそうなっても、アインシュタインの登場で、万有引力の法則を考えたニュートンの名誉が傷つかなかったように、アインシュタインの名誉も傷つかないだろう)

 はたして、マゲイジョは正しいのだろうか? それはまだわからない。少なくとも、間違っていると考える科学者のほうが多いことはたしかだ。でも思い出してほしい。アインシュタインが特殊相対論を発表したときも、間違っていると思った科学者のほうが多かったのだ。それまでの常識とか概念とかを、根本から揺るがすような理論は、必ずと言っていいほど、攻撃される。でも大丈夫、正しい理論は、どんなに攻撃されたって、ビクともしない。紆余曲折はあっても、いつの日か、必ず人々に受け入れられる日が来る。それが科学のすばらしいところだ。個人的には、インフレーション理論が難しすぎるので、光がいまより速かったというシンプルな理論が正しいほうがありがたい(苦笑)。

 そしてもう一つ。万が一マゲイジョが正しかった場合、ワープ理論(理論じゃないか(苦笑))も変更を迫られるだろう。SF作家は、いまから光速変動理論を前提にしたワープ理論を考えておいたほうがいいかもしれないね。

 さて。光速の制限スピードを破ろうとしているマゲイジョは、神様に怒られるかな。それとも……?


注2
またまた念のため言っておきたいのだけど、もしマゲイジョが正しくて、光はもっと速く移動することができたとしても、それは非常に高エネルギー状態のときであって、光よりも速く移動する宇宙船が作れるわけではない。よって、UFO(未確認飛行物体という意味だが、なぜか異星人の宇宙船と誤解されることが多い)が地球に来ている証拠だなどと騒ぎ立てないでほしい。だれがどんなに正しくても、短時間で恒星間飛行のできる宇宙船を作ることは、理論的に不可能だ。残念だけど。



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