世界は「ゆらぎ」でできている！宇宙、素粒子、人体の本質とは？

2020年12月30日

ダークマター、ニュートリノ、ヒッグス粒子……。科学に関するトピックスが話題にのぼる機会が増えています。実は、宇宙の誕生も、素粒子の発見も、人体のメカニズムも、自然界にあるものはすべて物質の「ゆらぎ」が根底にあります。相対性理論から最新の超ひも理論まで、科学の謎を解くことは、何が、どう揺らいでいるかを解明することでもあったのです。この「ゆらぎ」をキーワードに、科学をシンプルに学んでいきましょう。

全ての化学反応はミクロの揺らぎによって起こる

地球はもちろん、宇宙空間も含め、すべての化学反応は、根本的にはミクロの揺らぎによって起こるものです。ですから、無数の化学反応によって活動している人間は、極論すれば、揺らぎによって生まれ、揺らぎによって育ち、揺らぎによって死んでいくというわけです。揺らぎは、あなたにとって無関係どころか、あなたの人生そのものが、実はミクロの揺らぎの集合体だと言えるのです。量子力学とは、なんだか難しそうな学問に感じられた方も少なくないでしょう。確かに、数式を解くのは実に煩雑な作業です。ただし、エッセンスを直感的につかみとるだけなら、数式まで踏み込む必要はありません。

僕はガッチガチの文系なので数式とか出てくるとさっぱりわからない。この書籍は、数式を極力使わずに、宇宙の様々な事象を説明してくれているのでありがたい。文系だけど宇宙の起源やそこで起こる現象に興味があるという人にはもってこいの品だ。

CCDカメラの原理とは？

携帯電話やスマートフォンに備わっているデジタルカメラ、あるいはビデオカメラには、ＣＣＤカメラが一般的に使われています。このＣＣＤカメラは、原理としては、光電効果を利用して光の映像を電気に変えることで撮影しているものです。アインシュタインは、この光電効果についての実験結果をもとに、光が粒子であることをあざやかに示しました。光は周波数が大きいほど、それに比例してエネルギーも大きくなります。そのため、周波数の高い光を当てるほど、電子は速いスピードで勢いよく飛び出してきます。一方、周波数の低い光はエネルギーも低いので、この場合は、電子が飛び出してくるスピードが遅くなります。ただし、いくら低い周波数であっても、もし光が純粋な波だとすれば、強い光を当てた場合、それなりのスピードで電子は飛び出してくるはずです。波のエネルギーは、周波数だけでなく、波の強さによっても決まります。たとえ周波数が低くても、それを補うほど波が強ければ、波のエネルギーは大きくなります。だから、光電効果についても、周波数の低さを補うくらい強い光を金属板に当てれば、電子は飛び出てきそうなものです。ところが、実際には、ある値以上に周波数が低くなると、どんなに強く光を当てても、金属板から電子が飛び出してくることはありません。このことから、アインシュタインは光がエネルギーの「粒」だと考えざるを得ないと結論づけたのです。

僕たちの身近にあるスマホのカメラ。その原理から見ても光は「波」かそれとも「粒」かという論争が背後にある。僕たちの測り知ら無いところで、こうした光エネルギーの形態についての論争が沸き起こっているのは珍しくないことだ。

もっともエネルギー水準が高かったビッグバン直後

長い宇宙の歴史の中で、最もエネルギーの水準が高かったのは、間違いなくビッグバンの直後です。最新の研究では、現在、ビッグバンから１３８億年が経過していると考えられていますが、宇宙のどこかに宇宙ひもと呼ばれる当時の痕跡が残っている可能性があり、これを発見すれば、超ひも理論が正しいと証明できるかもしれないのです。この他、ブラックホールの周辺も極端に高いエネルギー状態にあるので、ブラックホールの観測からも、実証の糸口が見つかるかもしれません。このように、超ひも理論の証明は決して簡単ではありませんが、かといって絶対に不可能だと言い切ることもできません。また、仮に現在の超ひも理論が間違っていたとしても、究極の存在である素粒子が、日常生活で私たちが触れている物体のような大きさや形を持った存在ではありえないということについては、異論を唱える物理学者はほぼいないはずです。

宇宙のどこかに「宇宙ひも」の痕跡が残っている可能性があり、それを観測、発見すれば超ひも理論が正しいと説明できる。ブラックホールの観察などからも実証の糸口が見つかる可能性だってある。僕は名前だけ知っていてどんなものかはよくわかっていない「超ひも理論」の説明を読んでおぼろげながらわかった気になった。

原子1個くらいの大きさで始まった宇宙は膨張に膨張を重ね、広大な空間となった。宇宙の起源を知るとともに、それを構成する物質などにも触れていて、それは世界が「ゆらぎ」でできている証明となる。宇宙をここまで大きくした「ゆらぎ」の正体とは何かがわかる書籍となっております。

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