物理の難しそうな話ですが、

とても読みやすく、

よくわかったような気になっています。



わたしにとって、

新しい驚きがたくさんあり、

楽しい楽しい読書体験でした



中学生・高校生の頃、

父の本棚からブルーバックスの本を見つけては

わくわくしながら読んだり、

大人になってから、何かのはずみで

ファインマン、アインシュタイン、

ニュートリノなどに興味を持ったり…。



忘れたころに、

一瞬だけ訪れるわたしの科学ブーム。

久々です

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ーメモー



2019年　ロシア・アメリカ・スイスの共同チーム

量子コンピュータを用いた実験で、

「時間が逆転する現象」を初めてたらえることに成功した




宇宙では、常識を超えたこと、想像を超えたことが、

あたりまえのように起こっている




「人類がいま描いている夢は、

すでに宇宙のどこかで実現されている」

そう感じずにはいられない



第１章　「時間」に目覚めた人類



1879年3月14日　アインシュタイン生誕

2018年3月14日　ホーキング逝去



2019年4月10日　ブラックホールの人類初撮影



世界4大文明には、それぞれに特徴ある宇宙観が存在している

古代エジプト　大地を支配するゲブ神

　　　　　　　天空を司る女神　ヌート



「バビロニア歴」　人類で初めて暦を発見したのはおそらくシュメール人



暦の最小単位である「秒」の最も古い定義は「心臓の鼓動」の長さ

現在ではセシウムを利用した原子時計→光格子時計→パルサーという天体



ー時間とは、運動の前後における数であるー　アリストテレス『自然学』



第2章　時間のプロフィール



方向ー不可逆的な「時間の矢」　２０世紀初め　エディントン『物理学の本質』



次元数ー時間と空間は不可分な関係にあると考えられているのに、

なぜ時間は1次元なのか

　　

大きさー相対性理論では空間は物体の運動によって、サイズが変わる。

だから、時間もサイズが変わる。

つまり、空間も時間も、絶対的なものではなく、相対的なものである



本当は時間にも対称性があって、

過去と未来のどちらにも流れているのではないか



すべての方程式は、時間的に発展することを暗に前提としている



「エントロピー増大の法則」

「熱力学」の基本的な大原則

無秩序さを表す指標　　　秩序が高い状態はエントロピーが低い



エントロピーと「時間の矢」は表裏一体



生物は宇宙のこの法則に抵抗している、

いまのところわかっている唯一の存在



私たちが生きているということ　「恒常性の維持」

「死」　身体の秩序が保てなくなってエントロピーの増大に抗えなくなること



第3章　相対性理論と時間



1905年　「光速度不変の原理」→特殊相対性理論



宇宙とは光が主役の世界　特殊相対性理論が効いているほうが「日常的な世界」



特殊相対性理論が効いてくると、時間がどれだけ遅れるのか



「ウラシマ効果」



1915年　「重力」で時空が歪む一般相対性理論



重力とは、時空の歪みから生まれるものである

（そのとき時空にさざ波＝重力波が生じる）



宇宙には極端に強い重力によって、

時空のネットが究極にまで凹んだ場所があることを予言　ブラックホール



ブラックホールのような強重力を考える一般相対性理論の世界も、

宇宙ではあたりまえに存在する



2015年　重力波（重力が時空をゆがめた痕跡）が検出された



１光年のなかにすっぽりと入ってしまう太陽系はまれ



『インターステラ』　

2017年ノーベル物理学賞受賞ソーン博士（重力波検出）監修の

計算シュミレーションの映像使用



木星　重力が地球の２.５倍　　ガスと液体だけでできている



「因果律」はどこまで未来を決めるか



第４章　量子力学と時間



基本的な素粒子はクォークと電子



元素によってできる物質を、総称して「バリオン」と呼んでいる



20世紀末、

宇宙のすべての物質の中で、

バリオンが占める割合は５％にも満たないらしいとわかった。

「ダークマター」　バリオンの5倍

「ダークエネルギー」　バリオンの14倍で宇宙の7割を占める



素粒子の「トンネル効果」

「回折」

「ものをすり抜ける」



ミクロとマクロの世界



素粒子は「粒子」でもあり、「波」でもある



1927年　ハイゼンベルク「不確定性原理」発見

「同時に二つの場所に存在する」

「素粒子の位置と速度は同時には決まらない」

→時間と位置に不可解な関係があるともいえる



「位置と速度の不確定性関係」は「位置と運動量の不確定性関係」



『光子の裁判』　朝永振一郎



未来は確率でしか予想できない



量子力学の考え方を導入すると、

因果律を破れる可能性が出てくる



アインシュタイン

因果律から導かれる決定論を信じていた

「神はサイコロを振らない」

光が光子という素粒子でできていることを発見して、

量子力学の幕開けに貢献したのもアインシュタイン



量子力学の怪　

①エネルギーの量が飛び飛びの値をとる

→時間も無限に細かく分割できるわけではなく、

最小単位のようなものが飛び飛びに存在しているのではないだろうか　ロヴェッリ

②観測者が状態を決める

1935年　「シュレディンガーの猫」

力も素粒子でできている

→時間も？



第5章　「宿敵」エントロピー

永久機関への挑戦

19世紀前半　「カルノーの原理」　『火の動力』　サディー・カルノー

ー熱の流れから引き出すことのできる動力の量には原理的な限界があるー



クラウジウス　「熱力学第二法則」

ー熱は低温から高温へ自発的に移動することはないー



→「エントロピー増大の法則」

「方程式には過去と未来の区別がない」

エントロピー増大の法則だけは、時間が流れる方向を決定している

温度が「高」から「低」へ、エントロピーが「小」から「大」へ

と移る現象に逆はありえないため、過去と未来が決定的に区別されてしまう

宇宙の中で、我々が知るかぎり、エントロピーだけは不可逆的な物理量である



ボルツマン　「分子・原子の状態数」

S＝ｋ log W



1867年　「マクスウェルの悪魔」

→「統計力学」



19世紀初め　「アボガドロの法則」

「同じ温度、同じ圧力のもとでは、すべての期待は同じ退席中に同数の分子を含む」

ミクロの原子がどのくらい集まると、日常的なマクロな物質のスケールになるのか

１モルあたりの原子数　「アボガドロ数」



1929年　「シラードのエンジン」

→「情報熱力学」



1961年　ランダウア―　「情報の消去」という仕事をするときにエネルギーが使われるので、

エントロピーが増大する

2010年　島谷部洋一、沙川貴大ら　裏付け



2019年　ゴーディー・レソビク　

「量子コンピュータで時間の逆転を初観測」（素粒子レベルで）



第6章　時間は本当に1次元か

現代物理学の宇宙観では、

宇宙は「時空」という時間と空間の立体物のようなものと考えている＝「時空多様体」

その中に、素粒子や、星や、惑星が浮かんでいるというイメージ



宇宙は1個の器

この器は、風船のように伸び縮みする素材でできている

ビッグバンによって誕生してから現在までずっと、この器は膨張している

星や物質は風船の表面に張りついているというイメージ



紀元前150年頃　前漢『淮南子』

「往古来今のことを宙という、至宝上下のことを宇という」

古代中国（１世紀以前）の宇宙観　「宣夜説」　現代の宇宙観に近い



宇宙のあらゆることがわかる方程式

　　　　

「このRを変分せよ」

宇宙のかたちを決める曲率＝その時空の中に存在する物質やエネルギーの量の大きさ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（宇宙の重力の総和）

→宇宙に存在する物質やエネルギーの量がわかれば、宇宙のかたちがわかる



R．．＝０

真空を表す式

真空を表すいちばんよい例　ブラックホール



第一次世界大戦中　シュヴァルツシルト　ブラックホールを理論的に発見



観測事実と同様、宇宙は平坦である可能性が高い



アインシュタイン以降　

私たちが住む宇宙は３＋１＝４次元の時空多様体と考えられるようになった



アインシュタインが、空間と時間はまったく対等であると考えたのもまた事実



映画『デジャブ』　タイムワープ



相対性理論と量子力学を統一する理論をつくろうとする試み

有力候補の一つ　「超弦理論」　私たちが住んでいる空間は9次元



量子力学では、

「宇宙はどこかの段階で、知的生命に神作されなくてはならない」

という考え方がある



宇宙は自身を観測鋤てくれる存在が現れるように

自己進化しながら、そのときを待っている



空間は、知的生物が生まれるように3次元になった



空間が4次元以上になると、

惑星そのものが安定して存在することができない（重力）



時間の次元がふえると、

自然界のさまざまなシステムが不安定になると考えられる



どれだけマイナーと思われている研究でも、

一転してそれが主流となることは、

科学の世界では十分にありうる話です。