12.05.09
第５部 現代物理の無
８−１、無の空間は真空
物理的に何もないことに近いものは真空である。真空と言っても程度は様々だ。その中でも家庭に本格的な真空を配ったのは、テレビのブラウン管であった。３リッター近い容量の空間を真空にして、その中を高い電圧をかけて電子を走らせ、ガラス内面に塗った発光体に衝突させて光らせることでテレビの画面を構成したのだ。それほど大きくない容量の空間であっても、そこから空気を抜くことは大変厄介なことで、量産のためには巨大な装置を要した。大気の圧力でガラス容器が破壊されないために、ブラウン管の蛍光面のガラスの厚さは１５mmにも及んだのであった。
このブラウン管の真空といってもガス分子はたくさん残留していた。（空気庄で地上を１とするとマイナス４乗程度）。国際宇宙ステーションの外は真空であるが、ここの真空の程度はもっと高い。（マイナス９乗）さらに銀河と銀河の間のもっとも何もない空間の真空（マイナス１１乗）でも、１立方センチメートルで、原子１コ、２コは存在する。
宇宙の中では、ついに絶対真空はない。アリストテレスは自然は真空を嫌うと言ったとか、キリスト教神学で神は真空を許さないとか言われるとおり、真の真空はこの宇宙には存在しないのだ。
８−２、物理哲学上の真空
そこで物理学上の哲学とも言える量子力学的「無の空間」が必要に迫られて登場する。空間は「場」として、数学的表現による物理的意味が与えられる。電磁場とか重力場といった具合である。仮定だから、そこには分子や原子あらゆる物質は存在しない。しかしそれらの動きかけて運動に影響を与えるのが「場」の不思議な性格だ。
場の量子論では、真空とは、その物理系の最低エネルギー状態として定義される。よって粒子はひとつもない状態が真空である。そのように定義された空間の性質が素粒子理論構築の上で重要となり研究された。その結果何もないはずの無の空間に奇妙な性質があることになった。量子論における真空は、決して「何もない」状態ではない。常に物質と反物質が対になって生まれたり、またついになって消滅するといったことが起きているようなエネルギーに満ちたものだと発見されている。
このような真空場の研究はビッグバンの過程で起きるインフレーション（急激な膨張）研究から理論的に生まれたものだ。
８−３ 究極の物理哲学の無
宇宙発生の謎解きは、ビッグバン以前の宇宙はどうだったのかという、禅の「父母未生以前の一句」の公案に挑むようなテーマだ。
宇宙の始まりであるビッグバンの研究が、素粒子探求と結びつき、物質の究極的存在が超ひもであると説明されるようになった。超ひも理論・超まく理論が批判に耐えてその地位を確立していった。この理論自体を実証する方法はない。したがってその理論検証はもっぱら理論の整合性や、その理論が与える方程式を解くことで、その先の具体的な形式を探っていくといった地道な研究がなされている。
超ひも理論によって初めてビッグバン以前の宇宙についても理論が立てられるようになった。
ビッグバン以前の宇宙は虚時間としてあつかわれ、超ひもがうようよしている状態だ。それが宇宙に参入する時から時間が始まる。前節で述べた真空場の理論が活躍するのはそのあとのことだ。
ひも理論が示唆した余剰次元や宇宙発生のメカニズムから触発されて、これまでにはなかった新しい宇宙観が生まれてきた。ここでは「無」の始原に関するモデルとも言えるサイクリック宇宙論を紹介する。日本の超ひも研究者の代表的な人物は川合光である。現在京都大学教授で、理研の川合理論物理学研究室長を兼任して超ひも理論研究をリードしている。共同研究者４名の頭文字をとったＩＫＫＴモデルの超ひも行列模型の式を完成した。
彼はこの研究を踏まえて独自のサイクリック宇宙論をえている。この宇宙は５０回の生れ変りを経て、やっと人間が生まれることの出来る条件を持った宇宙が出来た。宇宙も成熟するという壮大な話だ。
今宇宙は膨張を続けているが、その先はどうなるのか。膨張を続けて星たちは飛び去り、生命は消え冷たい空間だけが残るのか、逆に収縮をし始めすべてが衝突し最後のブラックホールに落ち込んでしまうのか。それはまだ観測が続いている宇宙項の値によるのだ。
宇宙はこのビッグクランチを迎えたらその後はどうなるか、川井教授はひも理論からすぐにビッグバンに入ると導いている。するとこの宇宙ははるかな以前からこれを繰り返してきたのだ。初めはビッグバンで宇宙が生まれても、すぐビッグクランチという圧縮期を迎える。しかしその際わずかずつエントロピーを生み出し次のビッグバンは少し長持ちする。その過程を計算していけば、５０回目で、寿命２４０億年以上の現在の宇宙が生まれ人間も生まれたことになる。
無がうまれるのは、次の誕生への転換の一瞬の間だけだ。
続 く
