エレガントな宇宙

Name: エレガントな宇宙
Author: ブライアン・グリーン

ブライアン・グリーン

二つの革命が衝突するとき

20世紀の物理学は、二つの革命によって幕を開けた。アインシュタインの一般相対性理論は、重力を時空の曲率として描き直し、宇宙論・天文学の世界を根底から変えた。そしてボーア、ハイゼンベルク、シュレーディンガーたちの量子力学は、極小の世界に確率と不確定性の霧を立ち込めさせた。この二つは、それぞれが実験的に圧倒的な精度で検証されてきたが、同じ宇宙を記述しているはずなのに根本的な矛盾を孕んでいる——。

ブライアン・グリーンは、この衝突の現場を読者と共に歩く。一般向けの科学書でありながら妥協しない知的誠実さが、本書を20年以上にわたって読み継がれる名著にしている。

キーコンセプト 1: 超弦理論という統一の試み

物理学者たちは長い間、四つの力（重力・電磁気力・強い核力・弱い核力）を一つの枠組みで記述する「万物の理論」を求めてきた。[超弦理論](/concepts/超弦理論)は、その有力な候補だ。

超弦理論の核心にある発想は大胆だ。素粒子を「点」ではなく、きわめて小さな「弦（ひも）」として捉える。弦が異なる振動のパターンを示すとき、それが電子になり、クォークになり、光子になる。一本の弦が、楽器の弦のように異なる音（音程）を奏でるように、物質の多様性を生み出す——という比喩が、本書を貫くイメージだ。

グリーンはここで止まらない。超弦理論が一般相対性理論の問題点（極小スケールでの時空の発散）をうまく回避できることを示し、この理論が「量子力学と重力の橋渡し」になりうることを論じる。弦の振動モードの中には重力子に相当するものが自然に含まれており、これが量子重力理論としての弦理論の最大の強みだ。

キーコンセプト 2: 余剰次元の幾何学

超弦理論が要請する奇妙な特徴がある。それは、宇宙が私たちの知覚する4次元（三つの空間次元と時間）ではなく、[余剰次元](/concepts/余剰次元)を含む10次元（または11次元）の時空である必要があるということだ。

「それなら他の次元はどこに消えたのか」という当然の問いに、グリーンは「巻かれている（コンパクト化されている）」と答える。余剰次元は、極めて小さく丸まっており、現在の実験では検出できない。しかし、この巻かれた次元の幾何学的形状——「カラビ・ヤウ多様体」——が、実際の物理定数（電子の質量、光の速度など）の値を決定するかもしれない。

この発想は単なる数学的トリックではない。宇宙の物理定数が「なぜこの値なのか」という問いに対する、これまでとは全く異なるアプローチを提供する。私たちが「偶然の宇宙」に生きているのではなく、余剰次元の幾何学が物理定数を選んだ必然の宇宙に生きているかもしれないのだ。

キーコンセプト 3: Mブレーン理論と並行宇宙

1990年代、超弦理論には五つの異なるバリエーションが存在することが判明した。それぞれが自己矛盾なく構築されているのに、どれが「正しい」理論なのか分からないという困惑を、物理学者たちは抱えていた。

[Mブレーン理論](/concepts/mブレーン理論)（M理論）は、この問題を解決する。五つの弦理論は、より高次元（11次元）の理論の異なる側面——「影」——にすぎないことが示された。この理論では、私たちの宇宙は「ブレーン（膜）」の上に存在する可能性があり、無数の並行宇宙が共存しているかもしれない。

グリーンはこの並行宇宙の可能性に、哲学的な問いを重ねる。「宇宙」が複数存在するとき、私たちの宇宙の特殊性はどこにあるのか。「万物の理論」は一つであるべきか、それとも「ランドスケープ」と呼ばれる無数の可能性の中から宇宙が選ばれるのか。