重力波の観測報道

LIGOが2月11日（現地時間）の記者会見で、重力波の直接観測を成功させたことを発表した。
それを受けて各社のＴＶ報道が面白かった。主な論点は

• アベルト・アインシュタインが予測した100年来の宿題だった。
• 地球と太陽の間の距離の中の水素原子一個を探すのと同じぐらいの観測精度が必要である。
• 直角に交差した4キロのL字型の間の中をレーザー光線で何往復もさせて誤差を発見した。

「これが我々の生活にどんな影響があるのか」というコメンテータの質問に対して「宇宙の誕生などが解明されるかもしれない」ということだった。そして全員がすごいんだねえと納得して終わるパターン。

確かに報道には時間的制限がありますし科学番組ではないので相対性理論から説明するわけにはいかないだろう。　私は物理屋ではないし、学生時代に勉強した程度の知識しかもちあわせてないが、当時、それまでニュートン力学を信じてきた者にとって、特殊相対性理論の「光速度不変の法則」およびそれから導き出された「時空は相対的」という発想を理解するのに手を焼いた記憶がある。簡単に例を挙げると「高速道路を車で走っている時、高速道路に立った見ている人の時計より私の時計は遅く進み、目標地点までの距離は短くなる。そしてこの両者が矛盾なく成立している」というもの。

そして今回の発見はアインシュタインが特殊相対性理論から10年にわたり悩んだ末に導いた「一般相対性理論」に関するものだ。

この中でわかりやすいのが「等価原理」と言われる現象で「重力によって感じる『重さ』と、加速によって感じる『重さ』は同じ物である」。　ここから時空は物質の存在によって歪み、この歪みが重力の正体であることが説明され、これが現代物理学での定説になっているのだ。　これを表すのによく以下のようなようなメッシュがよく使われる。　これで万有引力を打ち出したニュートンが明確にできなかった地球と月がなぜ衝突しないのかが明らかになるというわけ。

タイムトラベル

今回の観測で私が最も印象に残ったのはやはりブラックホールの存在が明確に確認できたこと。そしてそれらはぶつかり合って融合することもあるんだという点だ。難しい話はこのぐらいにしてSF映画によく出てくるいくつかのテクノロジーの可能性を探ってみよう。
一般相対性理論によるとブラックホールは無限の重力があるため以下のような時空のゆがみを作っている。

そして相対性理論の「重力が大きくなると時間は遅くなる」という理論に従うと、もしこのブラックフォールに近づき、また地球に戻ってくることができれば未来にタイムトラベルすることは理論的には可能なのである。

但し、ターミネータのシュワルツネッカーのように未来から過去に来ることはどうも難しいらしい。
一つの理由はドッペルゲンガー（自己消滅）という考え方だが、私はこれよりも「宇宙の初めのビックバンから宇宙全体のエントロピーは増大に向かっており減少することはない」という考え方に共感している。　どうやら過去へのタイムトラベルは難しいらしい。

ワープ

SF映画では昔から定番となっているワープ技術、しかしこれはアインシュタインの特殊相対性理論の中の「光速度不変の法則」でこの宇宙では「光より早く移動することはできない」で既に否定されていますよね。
つまり、この宇宙には光速というのが最高速度であり、物体がその速度に近づくと質量が増大しやがて無限大になってしまい、結果光速より早く飛ぶことはできないというわけだ。

ただ上図のブラックフォールの質量が無限大の時、中心部の穴の先はどうなっているのだろうか？　あるいはどこかにつながっているのだろうか？　ということで私としてはワームホールによる超光速移動の可能性はまだ残っているのではと期待している。　まあ質量が無限大の時に宇宙船はどうなるかという問題はあるが、夢は持っていたいですね！

テレポーテーション

これは相対性理論とは直接関係はないが、量子力学の「エンタングルメント」「量子のもつれ」という現象に対してアインシュタインは最後まで懐疑的であり、それにより二ールス・ボーアとの間でいくつもの論争をしている。

ニースルボーア

アルベルトアインシュタイン

例えば、たまたま今週水曜日（2016年2月24日）放送のTVドラマ「相棒」に出てきた「シュレディンガーの猫」とか「月は見ている時だけ存在するのか」、はたまた「宇宙は秩序正しく予測可能で完全に説明できる。神はサイコロを振らない」とか。　相対性理論をすべて数式で証明してきたアインシュタインらしさが出ていると思わないかい？　でも残念ながら彼は結局最後までその存在を認めることなく1955年4月に偉人としては意外に寂しく最後の時を迎えている。

確かに今でも高速より早い物体はこの宇宙には存在しないことは定説になっているが、もつれあう量子が光速を超えた転送（「のように見える」、というべきか？）を行うことはそれから半世紀後の1997年に初めて検証されている。　また2013年8月15日には東京大学が世界で初めて完全な光量子ビットの量子テレポーテーションに成功している。

人間の体だって量子の集合体なわけで、理論的には瞬間移動の装置の開発は可能だということが証明されたのだ。　まあ実現には何世紀かかるかわからないしそれまで人類が存在しているかどうかも不明だが、夢は大きく持ちましょう。

精度のイノベーション

このような話は実は夢物語だけではなく現実社会にも有効利用されている。例えば「重力が大きくなると時間は遅くなる」、「速度が速くなると時間は遅れる」等の性質は我々が毎日のようにお世話になｋとっているGPS機能に応用されているのだ。

次回に続く。

2016年2月26日