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■ 今月読んだ本
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第１５２回 現代物理学が面白い − 理系本を読む（上）
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最近、いつになく理系頭になっている。第147回、第149回と理系本を取り上げ、次回も現代物理学、数学の話題が続く。152回を数える「今月読んだ本」の中で、科学を主題にしたのは５回ほど。まともに数学や科学を扱ったのは最近の２回だけで、残りは科学と社会、科学と宗教の絡みで論じたものだ。
「お前さんは数学教師なのだから、理系本を読む機会が多いんじゃないのか」という声が聞こえてきそうだ。恥ずかしながらかなりの不勉強で、昨年までは年に２、３冊読めばいい方だった。それが突如、勉強熱心に変身したのである。
理由は簡単。ここ数年、店頭に面白そうな理系本が並ぶようになったからだ。哲学・思想書の低迷ぶりと対照的である。（後世の思想史家は、21世紀前半を哲学・思想的には不毛の時代と総括するのかも知れない。）
専門家以外の人が科学の知識を手っ取り早く得ようとするとき、次のシリーズが思い浮かぶだろう。講談社ブルーバックスと岩波科学ライブラリー、それぞれ一長一短がある。ブルーバックスは玉石混交、科学ライブラリーは岩波らしく難しいものも多い。
ちくま学芸文庫（Math & Science）もあるが、ゲーテ『色彩論』、ヒルベルト『幾何学基礎論』、ディラック『一般相対論』などの古典的著作が目白押しで、岩波文庫理系版の性格を有している。原典に当たるのには便利だが、読み解くのは容易ではない。
何十年も理系頭で生きてきた私にとって、なかなか魅力的な理系本は現れなかった。しかし、近年、潮目が変わった。今回取り上げる３冊は、いずれも書店の一般書の棚に置かれ、読者の好奇心を大いに満たしてくれる好著だ。
前置きが長くなった。早速、本を紹介しよう。
まずは、マンジット・クマール『量子革命−アインシュタインとボーア、偉大なる頭脳の衝突−』（原著2008、新潮社2013年3月）。つい先日、ＮＨＫスペシャルで、現代物理学100年の発展を取り上げた２回シリーズ「神の数式」を放映していた。本書はその背景を詳細に描いた良質の科学史ノンフィクションである。
1900年に産声を上げた量子論（量子力学）は、ニュートンによる古典力学の世界像を根底から覆した。  0.00000000001メートル（小数点以下に０が10個並ぶ）以下の原子より小さいミクロな世界では、私たちが生きているマクロな世界では決して現れることのない不可解な現象が起きる。
例えば、ニールス・ボーアの相補性原理。光や物質は、波のようにも粒子のようにも振る舞うが、二つの側面を同時に観測することはできない。
例えば、ヴェルナー・ハイゼンベルクの不確定性原理。観測可能量のペア（位置と運動量、エネルギーと時間など）のいずれかを正確に観測しようとすればするほど、もうひとつの観測量の誤差は無限大に発散する。すなわち、観測行為によって対象が撹乱されてしまう。
例えば、マックス・ボルンによる波動関数の確率解釈。波動関数−量子力学の基礎方程式であるシュレディンガー方程式の解−は、粒子をどこかの位置に見出す確率しか与えない。すなわち、量子力学の世界像では、確実な予測をすることはできない。
コペンハーゲンを本拠地としていた量子力学の総帥ニールス・ボーアは、相補性原理、不確定性原理、波動関数の確率解釈、対応原理（量子力学の法則・方程式は、マクロな世界では古典力学の法則・方程式になる）などをまとめ上げて、確率論的な量子力学的世界像−コペンハーゲン解釈−を確立した。それによると、観測行為と独立して、物質は存在しないことになる。
アインシュタインもまた、相対性原理によってニュートン以来の古典的な世界像を転覆させようと試みていた。しかし、アインシュタインにとって、物質が観測とは独立して実在することを否定するコペンハーゲン解釈は到底受け容れがたいものだった。神はサイコロを振らない！
1927年10月、量子革命の立役者たちが第５回ソルヴェイ会議に集まった。「29名の参加者のうち、最終的には17名がノーベル賞を受賞することになるこの会議は、歴史上、もっとも輝かしい知性の邂逅のひとつだった。そしてまた、物理学の黄金時代−ガリレオとニュートンによってその幕を切って落とされた17世紀の科学革命以来、科学的な創造力がもっともめざましく発揮された時代−の終焉を告げる出来事であった。」（9−10頁）
物理学の教科書に載っているビッグネームたち（11頁の集合写真は圧巻）。私が知っている名前を列挙してみよう。エーレンフェスト、シュレディンガー、ハイゼンベルク、パウリ、ブラッグ、ディラック、コンプトン、ボルン、ド・ブロイ、ボーア、プランク、キュリー（マリー）、アインシュタイン、ローレンツ、ランジュヴァン、ウィルソン、リチャードソン。
１週間の会議で、アインシュタインは、量子力学には欠陥があることをボーアに認めさせようとした。しかし、２人は決裂する。
それから８年後の1935年、論文「物理的実在に関する量子力学の記述は完全だと考えることができるか？」が発表される。著者はアインシュタイン、ポドルスキー、ローゼン。ＥＰＲ論文と呼ばれるわずか４ページの論文は、量子革命の支持者にとって衝撃的な思考実験を提起していた。
粒子Ａと粒子Ｂがほんの一瞬だけ相互作用をした後、互いに反対向きに飛び去る。不確定性原理によれば、位置と運動量を、同時に正確に測定できない。
運動量保存則から、Ａの運動量を測ればＢの運動量もわかる。ＡとＢの距離は分かっているのだから、Ａの位置を測定すればＢの位置もわかる。したがって、粒子Ａと粒子Ｂの位置も運動量も確定する！？量子力学の記述は不完全であり、コペンハーゲン解釈と客観的実在論は両立不可能ではないか。
アインシュタイン（1955年死去）とボーア（1962年死去）の対立は、２人の死後の1964年にジョン・スチュアート・ベルが発見した不等式（ベルの定理）によって、科学的検証が可能になった。1982年、ベルの定理が大きく破れていることが実験で証明され、ＥＰＲ論文は最終的に否定された。（正直言って、ベルの定理に関する第14章「誰がために鐘は鳴る」はよく理解できかった。）
それにしても、世界の根源をめぐる天才たちの思考の軌跡を、全く数式を用いることなく一挙に読ませる著者クマールの力量には脱帽だ。500頁をさほど苦労せずに読める。青木薫の訳業もすばらしい。秋の夜長を、アインシュタインとボーアの歴史的論争に浸ってみるのも粋ではないか。
次に取り上げるのは、青木薫『宇宙はなぜこのような宇宙なのか−人間原理と宇宙論』（講談社現代新書、2013年7月）。一般読者には馴染みがないだろうが、京都大学で原子核物理学を専攻した青木薫（理学博士）は、理系本の名翻訳家であり、サイモン・シン『フェルマーの最終定理』、マーシャ・ガッセン『完全なる証明』などで知られる。その功績により、2007年度の日本数学会出版賞を受賞している。
著者初の書き下ろしということで、期待して読む。古代の科学であった占星術から説き起こし、コペルニクス、ニュートン、アインシュタイン、現代宇宙論（ビッグバン理論）へとバランスよく進む手並みはさすがだ。この250頁を読むだけで、宇宙における人間の位置が理解した気になる。歯ごたえ十分の『量子革命』に比べ、とても読み易い。
宇宙の誕生から「10のマイナス44乗（小数点以下に０が4３個並ぶ）」秒までは４つの力−重力、強い力、弱い力、電磁力−は統一されていたが、「10のマイナス11乗」秒までに４つの力に分かれたこと。宇宙誕生の「10のマイナス36秒」後から「10のマイナス35秒」後にかけて、宇宙空間は最低でも「10の30乗（10を30回かけた数）」倍に膨張したこと。「インフレーション＋ビッグバン」モデルから導出される「多宇宙（マルチバース）論」によれば、「インフレーションの海」の中にポコポコと新しい「泡（島）宇宙」が生まれること。「ひも（ストリング）理論」によると、宇宙の青写真は「10の500乗」通りもあって、宇宙における人間の居場所と観測者としての人間の存在が両立しなければならない、という「人間原理（観測選択効果）」と矛盾しないこと。
一見、「トンデモ」科学に思える本書は、「量子革命」以降、人類の叡智を結集して発展してきた宇宙論の最先端、「ウロボロスの夢」を追った成果を的確に描いている。（素粒子物理学者グラショーが用いはじめた「ウロボロス」は、人間−生物学の対象−を１として「10の6乗」ずつスケールを大きくすると地質学、惑星科学、天文学、宇宙論となり、「10の6乗」ずつ小さくしていくと化学、原子核物理学、素粒子論となるが、「10の30乗」の宇宙論と「10のマイナス24乗」の素粒子論が円環を閉じるように密接に関係しているというもの。もちろん本来の「ウロボロス」とは、自分の尾を飲み込んだ蛇であり、化学者ケクレが「ウロボロス」の夢を見てベンゼン環を発見したのは、科学史上あまりに有名な話である。）
大トリは、我らが敬愛する須藤靖先生の近著『主役はダーク−宇宙究極の謎に迫る−』（毎日新聞社、2013年3月）。
須藤（「すとう」であり「すどう」ではない）とは何者だ、とおっしゃる方は第122回をご覧いただきたい。現役の宇宙物理学者にして、完璧な雑文家である。（「完璧な雑文」とは一体何だ、とツッコミを入れないでいただきたい。話が長くなる。）
そうか、東大出版会のＰＲ月刊誌『ＵＰ』の大人気？エッセイ「注文（ちゅうぶん）の多い雑文」の連載間隔が、ここ数年空き出したのは、毎日新聞社のＰＲ誌『本の時間』に浮気していたからなのか。本書は、２年間の連載稿に「あとがき」と「おまけ」を付け足して刊行したものだ。
相変わらず諧謔に満ちている、と言えば格調高そうだが、くそまじめな方が読むと、ふざけるな、と叫んで本を投げ出しそうな文章だ。出だしは快調で、第４章までのタイトルを挙げると、「世の中真っ暗闇」、「夜空をめでる心」、「見えそうで見えないもどかしさ」、「人にだまされない生き方」と続く。
本書は、『宇宙はなぜこのような宇宙なのか』と重なる分が多い。真面目な『宇宙』を読んだ後で、『主役』を読むことをお薦めする。絶対にその逆はやめていただきたい。純粋に宇宙論が知りたくて『主役』を読もうとする人には気の毒だが、脱線が多すぎて本筋を見失ってしまうだろう。さすがに須藤もこのことに気づいたらしく、最終章を今までの議論（第1〜22章）の「まとめ」としている。「何が本筋で何が余談なのか見失っている読者が大部分ではないかというイヤーな予感」（259頁）がしたからだそうだ。
こんなことを書いていると誤解する向きがあるかも知れないが、内容はとても真っ当である。しかし、私たちの常識とはかけ離れている。こんな具合だ。「皆さんが愛情を注ぎこんで育て上げた結果、中高一貫有名進学校を経て一流大学の物理学科さらには大学院まで進んだお子さんが、家庭団らんの夕食時、突然「お母さん、本当は僕らは26次元の時空に住んでいるんだよ。宇宙はダークエネルギーで支配されているし、すべての物質の根源はヒモなんだ…」などと目を輝かせ嬉々として語り始めた場面を想像して頂きたい…。お母さんの驚愕・動揺・落胆ぶりは如何ばかりであろうか。」（12頁）
『宇宙』を読むと、宇宙の大体の在りようがわかった気になる。しかし、『主役』によれば、宇宙について人類は何もわかっていない。
私たちが知っている元素は、宇宙の構成要素の4.6%±0.2%を占めるに過ぎない。重力は及ぼしても自らは光ることのないダークマターは22.3%±1.3%、宇宙を一様に満たし互いに反発しあう斥力を及ぼすダークエネルギーは72.1%±1.5%を占める。しかも厄介なことに、ダークマターもダークエネルギーも具体的に観測されたわけではない。「我々はその正体は皆目理解しておらず、せいぜい名前をつけるのが精一杯」（131頁）なのだという。
これじゃあ話にならん、と読者は怒りだしそうだ。しかし、考えてもみてほしい。100年前は、原子核（陽子、中性子）を電子がまわっている−正確にはこの表現は間違い−原子の構造すら解明されていなかったではないか。およそ50年前の1964年に予言されたヒッグス粒子がようやく検出されたのが2012年。科学は確実に進んでいる。どこまでわかっていて、どこからわかっていないかがわかっただけでも、たいしたことなのだ（ひらがなだらけでよみにくいぞ）。
本稿を閉じる前に、「おまけ」を一冊紹介したい。須藤靖と伊勢田哲治の対談『科学を語るとはどういうことか−科学者、哲学者にモノ申す−』（河出ブックス、2013年6月）である。対談の内容は多岐にわたって興味深いが、これほど噛み合わない議論は珍しい。両者の主張が真っ向から対立する様に、すがすがしさすら感じるほどだ。科学と科学哲学の蜜月であったクーンのパラダイム論が懐かしい。冗談や諧謔抜きで真剣に語っている須藤の姿を知りたい人は、ぜひご一読を。
文系の教育を受けてきた人は、理系本を敬遠しがちだ。でも、思い切って手に取ってほしい。天才の中の天才であるファインマンですら、「量子力学を理解している者は、誰一人いないんじゃないか」との有名な言葉を残している。私だって、わからないままに読んでいるだけだ。ヴィゴツキーの「最近接発達領域ＺＰＤ」理論をわざわざ持ち出すまでもなく、私たちは、一人の力では知識を進展させることはできないのである。
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岩田 直樹
(いわた なおき)
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| 高校で数学を教える。十代後半から二十歳過ぎまでは人並みに小説を乱読したが、それ以降は、現象学からはじめて、思想書をゆっくりと読み進んでいる。 |
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