世の中にある力は全て突き詰めれば、次の 4 つのみ。
- 重力
- 電磁気力
- 強い力
- 弱い力
3, 4 番目はなんともいい加減な名前の付け方だが(^_^;、どちらもいわゆる原子力の起源となる相互作用。
本書では、先人や著者自身の巧みな比喩を用いて、数式を使わずその書名の内容をのべる。
専門外の人に、解り易く説明するのは難しく、たとえ話を用いることは良くあるが、本書ではそのたとえ話が秀逸、かつ誤魔化しがない。
物理好きの人は是非。また物理が苦手だが興味が有る人も是非。
また話題となったヒッグス粒子の意義も良く解る。ニュースで用いられた誤魔化しのある比喩を使うことなく。
以下は、印象に残った箇所の引用。
- ただこれは Kindle 版を購入したので、下記の引用でページ番号は不明。Kindle 独自の行番号??? を付けておく
- 漢数字は一部アラビア数字に変換
ヒッグス粒子の検出は容易な仕事ではありません。装置の性能を考えると、データ収集には 2012 年末ぐらいまでかかると思われていました。それからさらにデータを解析するとなると、ヒッグス粒子発見の発表は早くても 2013 年の春。それが半年以上も早まったのは、私たちにとって驚くべきことでした。
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地球の中心は非常に高温であり、これがマントルと呼ばれる層を温めて、ゆっくりとした対流を起こしています。マントルの上にある地殻はこれに引きずられて歪み、その歪みのエネルギーが岩盤のずれとして解放されるのが地震です。では、なぜ地球の中心はそのように高い熱を持っているのでしょうか。岐阜県神岡町の神岡鉱山の地下 1 キロメートルで行われているカムランド実験のグループは、2005 年に、地球の中心から来るニュートリノ (原子核反応に伴って放出される素粒子) の直接観測に世界で初めて成功しました。そして、地熱の約半分に当たる 20 兆ワットが、弱い力を原因とする原子核反応で生成されていることを明らかにしたのです (残りの半分は、地球創生時のエネルギーの名残だと考えられています)。
地震のエネルギーの半分は、弱い力に由来しているのです。
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え、てっきり誕生時の衝突エネルギーだと思い込んでいた。
ヒッグス場と電磁場との類似性を考えると、ヒッグス粒子発見のもう一つの意義に気がつきます。これまで考えられていたボゾンは、電磁気力、強い力、弱い力という三つの力に対応するものでした。また、重力を伝える重力子はまだ確認されていませんが、これもボゾンであると考えられています。
ヒッグス粒子もボゾンであり、質量を持つ粒子の間に力を伝えることを示すことができます。しかしこの力は、三つの力や重力のどれとも異なります。ヒッグス粒子が伝えるのは「質量を与える」ことで粒子の状態を変える「力」です。そういう力が、自然界には存在する。つまりヒッグス粒子の発見は、三つの力と重力に続く「第五の力」が存在することの証拠でもあったのです。
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え、そうなの。どんな力なのだろう。
2011 年の三月 11 日には、私は東京大学の柏キャンパスにあるカブリ IPMU のオフィスで、三人の研究者と話をしていました。午後 2 時 46 分、突然建物がきしみ、揺れだしました。最初はゆっくりですが、次第に強くなります。5 分ぐらいは振動が続いたでしょうか。これまで経験したことのない長い地震だったので、これは震源地が遠いからではないか、それなのにこんなに大きな揺れがあるということは、相当大きな地震ではないか、とそのときに思いました。カリフォルニア工科大学で私の同僚で、地震学の世界的権威の金森博雄も偶然東京に滞在していました。金森は、地震の規模を測るために国際的に広く使われている「モーメント・マグニチュード」を考案したことでも知られています。彼は、地震の揺れ方を体感しただけで、マグニチュード 8 以上であるとすぐに推測したそうです。実際にはマグニチュード 9 という巨大地震でした。
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そんな人が実在するんだ。
そして、ごく希に魔法使いとしか考えられない研究者が現れます。彼らの仕事は、時代を超越しているので、並の研究者にはすぐに理解できません。論文を読んでも、どうしてそのようなことを思いついたのか、なぜそうなっているのか、見当がつきません。しかし、彼らはこれまで誰も見たことのない自然界の深い真実を指し示しているのです。
南部は 20 世紀を代表する魔法使いと言えるでしょう。私がカリフォルニア大学バークレイ校の教授をしていたときに同僚だったブルーノ・ズミノという著名な理論物理学者は、南部について次のように語っていました。
南部の仕事は 10 年先を見通している。そこで、南部の仕事を理解すれば他の研究者より 10 年先んじることができると思いがんばって勉強したのだが、やっと理解したと思ったら、すでに 10 年経っていた。
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正にこの方は魔法使い。
2004 年に強い力の「漸近的自由性の発見」でグロス、ウィルチェック、ポリッツァーの三人がノーベル賞を受賞した際、スウェーデン王立科学アカデミーの公式発表には「南部の理論は正しかったが、時代を先取りしすぎた」との異例の言及がありました。
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南部先生の先見性をよくあらわしている。
物理学の基本法則は多くの対称性を持っているのに現実世界はなぜこれほど複雑なのか。対称性の自発的破れの原理は、これを理解するための鍵となっています。基本法則は単純ですが、世界は退屈ではない。なんと理想的な組み合わせではありませんか。
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素晴らしい言葉。
衝突の起こる場所に置かれた検出器は「ATLAS」と「CMS」の二つ。これを、二つの実験チームがそれぞれ使います。陽子の衝突は一秒間に一〇億回ほど起きますが、そのうちヒッグス粒子の検出に関係するイベント (事象) は、一兆回に一回程度しか起きません。そのため、膨大な情報を急速に処理する計算力が必要になります。インターネットでお馴染みの WWW(ワールド・ワイド・ウェブ) による情報共有システムは CERN で開発されましたが、LHC のために「グリッド」と呼ばれる計算力を共有する技術も編み出しています。これによって、膨大な実験データを処理できるようになったのです。
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基礎研究が思わぬ事に利用される好例。
カリフォルニア工科大学の学長ジャン=ルー・シャモーは、最近こんなスピーチをしました。
科学の研究が何をもたらすかを予測することはできないが、真のイノベーションが、人々が自由な心と集中力を持って夢を見ることのできる環境から生まれることは確かである。……一見役に立たないような知識の追究や好奇心を応援することは、わが国の利益になることであり、守り育てていかなければいけない。
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一般の人には、なかなか伝わらない。
アンリ・ポアンカレは、その名著『科学と方法』(岩波文庫) に、こんな意味のことを書いています。
価値のある科学とは、普遍的な法則を見つけることである。そして普遍的な科学に価値があるのは、それがさらに多くの科学の発展につながるからである。
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19 世紀に電磁誘導を発見したマイケル・ファラデーは、当時の財務大臣ウィリアム・グラッドストーンに「電気にはどのような実用的価値があるのか」と問われ、こう答えたといいます。「何の役に立つかはわからないが、あなたが将来、それに税金をかけるようになることは間違いない」。
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