物理学の未解決問題をいかに探求するか | ジェームズ・ビーチャム | TEDxBerlin
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0:07 - 0:11ある物理の問題が
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0:11 - 0:15子供の頃から随分と私の頭を悩ませてきました
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0:17 - 0:19それは科学者が
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0:19 - 0:22100年もの間 問い続けても
答えが得られない問題に -
0:22 - 0:23関わるものです
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0:25 - 0:28自然界で最小の物質であり
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0:28 - 0:30量子論の世界に属する素粒子と
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0:30 - 0:33自然界での最大の物体であり
重力で結びつけられている -
0:33 - 0:37惑星や恒星や銀河とを
どうやって統一するのか? -
0:37 - 0:40子供のころには
この問題に対して答えを出そうと -
0:40 - 0:43顕微鏡や電磁石をいじくったり
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0:43 - 0:45微小世界の力や量子力学について
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0:45 - 0:47本を読んだりしました
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0:47 - 0:50そして 本の記述が 私たちの実験結果と
よく合致していることに -
0:50 - 0:51驚きました
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0:52 - 0:54それから天体を観測しました
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0:54 - 0:56重力がかなり解明されていることも
学びました -
0:56 - 1:00そして 私はこれらの2つのシステムを
統一する美しい理論が― -
1:00 - 1:02あるに違いないと確信しました
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1:03 - 1:05しかし そのようなものはありません
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1:06 - 1:07本によると
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1:07 - 1:10この2つの領域について
別々には研究が進んでいますが -
1:10 - 1:13数学的に結び付けようとすると
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1:13 - 1:14全くうまくいきません
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1:15 - 1:16100年もの間
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1:16 - 1:21この根本的な物理学上の破綻を
解く試みはどれも -
1:21 - 1:23実験による裏付けができませんでした
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1:24 - 1:26少し大きくなった私―
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1:26 - 1:28好奇心旺盛で 疑り深い子供の私には
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1:28 - 1:31この状況は到底
納得のいくものではありませんでした -
1:32 - 1:34そうです 私は今でも疑り深い子供なのです
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1:34 - 1:38ここで2015年の12月に話が飛びますが
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1:39 - 1:42この時 私がその中心にいた物理の世界は
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1:42 - 1:45天地のひっくり返る騒ぎのまっただ中でした
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1:46 - 1:49CERN(欧州原子核研究機構)で
興味深いデータが見つかったことに端を発します -
1:49 - 1:52それは新粒子の兆しであり
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1:52 - 1:56長年の問題に 驚くべき解答が
得られる可能性を匂わせていました -
1:58 - 2:00私は まだ疑り深い子供だと思うのですが
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2:00 - 2:02今や 素粒子ハンターでもあるのです
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2:02 - 2:06私は 物理学者で
稼働中の実験施設では最大の -
2:06 - 2:09CERNの大型ハドロン衝突型加速器で
研究しています -
2:10 - 2:14これは フランスとスイスの国境にまたがる
27キロのトンネルで -
2:14 - 2:15地下100メートルに埋められています
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2:15 - 2:17このトンネルの中で
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2:17 - 2:21宇宙空間よりも冷たい超伝導磁石を使って
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2:21 - 2:24陽子を光速近くまで加速して
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2:24 - 2:281秒間に数百万回 衝突させ
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2:28 - 2:30その衝突による生成粒子を捉えて
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2:30 - 2:34新たな 未発見の基本粒子を探しています
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2:35 - 2:37この施設の設計と建設は
世界中から集まった物理学者の -
2:37 - 2:40数十年間に渡る努力の賜物です
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2:40 - 2:432015年の夏には
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2:43 - 2:46人類史上最大のエネルギーでの
衝突型加速器実験をするために -
2:46 - 2:51この大型ハドロン衝突型加速器(LHC)の
稼働に向けて精力的に働いていました -
2:52 - 2:54高いエネルギーは重要です
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2:54 - 2:57なぜなら 素粒子の世界では
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2:57 - 2:59エネルギーと質量は等しいからです
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2:59 - 3:01質量は 自然が与えた ただの数値です
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3:02 - 3:03新粒子を発見するには
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3:04 - 3:06より大きな数値に達する必要があります
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3:06 - 3:09そこで より高エネルギーを生む
より大きな衝突型加速器が必要です -
3:09 - 3:11そして 世界で最高エネルギーを生む
最大の加速器が -
3:12 - 3:13CERNのLHCなのです
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3:14 - 3:19そこでは 陽子を数千兆回衝突させ
-
3:19 - 3:24何か月にもわたる時間をかけて
そのデータを集めます -
3:25 - 3:29すると 新粒子がデータの グラフ上の
コブとして表れてくるかもしれません -
3:29 - 3:32予測値からのわずかな偏りであり
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3:32 - 3:36滑らかな線に凹凸を与える
一群のデータ点です -
3:36 - 3:38例えば このグラフ上のコブは
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3:39 - 3:422012年に数ヶ月間
データを蓄積した結果ですが -
3:42 - 3:44ボソン粒子のひとつである
ヒッグス粒子の発見に至り -
3:44 - 3:45ボソン粒子のひとつである
ヒッグス粒子の発見に至り -
3:45 - 3:48粒子の存在を裏付けることで
ノーベル賞受賞にもつながりました -
3:50 - 3:542015年に エネルギーが
大幅に増強されたことによって -
3:55 - 3:58新粒子 つまり長く未解決だった問題への
新たな答を発見する -
3:58 - 4:00史上最大のチャンスが訪れました
-
4:00 - 4:02史上最大のチャンスが訪れました
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4:02 - 4:05なぜなら ヒッグス粒子を発見した時の
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4:05 - 4:07約2倍のエネルギーだからです
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4:07 - 4:10私の同僚の多くは この一瞬に
研究生活の全てを賭けていました -
4:11 - 4:13率直に言って
好奇心旺盛な子供の私にとっては -
4:13 - 4:16それまでの人生は
この一瞬を待つためだったのです -
4:16 - 4:172015年は まさにその時でした
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4:19 - 4:212015年の6月に
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4:22 - 4:24LHCは再稼働しました
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4:25 - 4:28私は同僚たちと一緒に
息もできないほどドキドキしていました -
4:28 - 4:31そして ついに この最高エネルギーでの
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4:31 - 4:33陽子衝突の1回目を観測しました
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4:33 - 4:35拍手と乾杯と祝福が起こりました
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4:35 - 4:38科学界の節目でした
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4:38 - 4:43この新たに観測されたデータから
何が発見できるかは未知数でした -
4:46 - 4:48数週間後にはグラフ上に
コブを見つけました -
4:50 - 4:52あまり大きくはありませんでしたが
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4:53 - 4:56眉を上げるには十分な大きさのコブでした
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4:56 - 4:58眉を上げる段階を10段階に分けて
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4:58 - 5:0010を新粒子発見とすると
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5:00 - 5:02今回は4ぐらいでした
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5:02 - 5:03(笑)
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5:05 - 5:10何時間も 何日間も 何週間もかけて
このわずかなコブについて -
5:10 - 5:12同僚たちと秘密裏に話し合い
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5:12 - 5:15データを徹底的に調べ上げ
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5:15 - 5:17精査に耐えるかどうかを検討しました
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5:18 - 5:22何か月もの間 憑りつかれた様に
研究をしました -
5:22 - 5:24家には帰らず 研究所に寝泊まりし
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5:24 - 5:26キャンディバーを夕食にして
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5:26 - 5:28バケツ一杯のコーヒーを飲み―
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5:28 - 5:32物理学者は コーヒーを図表に変える
機械のようなものですが― -
5:32 - 5:33(笑)
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5:33 - 5:36しかし このわずかなコブは消えませんでした
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5:37 - 5:39そして 数か月後
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5:39 - 5:43我々はこのわずかなコブを
明快なメッセージとともに世界に発表しました -
5:44 - 5:46それは このわずかなコブは興味深いが
決定的ではないので -
5:46 - 5:50さらなるデータを取って
注意深く観測するつもりだということです -
5:50 - 5:52私たちはこのコブに関して
冷静でいようとしました -
5:54 - 5:56いずれにしろ
この発表は世界中に広まりました -
5:56 - 5:58マスコミはこぞって取り上げました
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5:59 - 6:01このコブはヒッグス粒子発見の
過程で現れたコブを -
6:01 - 6:05彷彿とさせると言われました
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6:05 - 6:08さらに 同業者である理論物理学者たちは
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6:09 - 6:11私の大好きな人たちですが
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6:11 - 6:15理論家たちはこのコブについて
500本もの論文を書きました -
6:15 - 6:16(笑)
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6:17 - 6:21素粒子物理学界は
天地がひっくり返るほどの大騒ぎでした -
6:22 - 6:26何故 この問題のコブは
何千人もの物理学者たちが― -
6:26 - 6:30誰も彼も冷静さを失うほどの
代物なのでしょうか -
6:32 - 6:33このわずかなコブは独特でした
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6:34 - 6:36このコブが示唆するのは
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6:36 - 6:39ある種の衝突が 予想外に多く
観測されているということです -
6:39 - 6:42その衝突の生成物は
2つの光子だけ つまり -
6:42 - 6:432個の光の粒子だけなのです
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6:43 - 6:45これは稀なことです
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6:45 - 6:48粒子の衝突は自動車の衝突とは違います
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6:48 - 6:49別の法則に従います
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6:49 - 6:522つの粒子が
光速に近い速さで衝突する時は -
6:52 - 6:53量子論が適用されます
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6:53 - 6:55量子論の世界では
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6:55 - 6:582つの粒子から
新しい粒子が1つできますが -
6:58 - 7:01その粒子の寿命はごくわずかな時間で
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7:01 - 7:04別の粒子に分裂して検出されます
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7:04 - 7:07車の衝突で考えると 衝突の瞬間に
2台の車が消えて -
7:07 - 7:09その場所に自転車が1台現れるということです
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7:09 - 7:10(笑)
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7:11 - 7:13その自転車は分裂して
2台のスケートボードになり -
7:13 - 7:14これが観測器で検出されます
-
7:14 - 7:16(笑)
-
7:16 - 7:18うまくいけばですが
正確には少し違います -
7:18 - 7:19この実験は非常に高くつきます
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7:20 - 7:242個の光子だけしか検出されない例は
極めて稀です -
7:24 - 7:28光子は素粒子の中でも特別な性質を持つため
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7:28 - 7:322つの光子しか生み出さないような
新粒子の可能性は― -
7:32 - 7:33先程の謎の自転車に相当しますが―
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7:33 - 7:35非常に限られます
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7:36 - 7:39しかし その選択肢の一つは
かなりの高エネルギーで -
7:39 - 7:42私を子供の頃から悩ませていた
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7:42 - 7:44あの積年の問題
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7:44 - 7:46つまり重力に関係します
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7:48 - 7:51重力はとても強い力に見えるかもしれません
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7:51 - 7:55しかし 実際には 自然界の他の力に比べると
信じられないほど弱い力です -
7:55 - 7:57私が跳ねるだけで
簡単に重力を打ち負かすことができますが -
7:58 - 8:01手から陽子を取り出すことはできません
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8:03 - 8:06重力は自然界の他の力と比べると
どの程度の強さなのか? -
8:07 - 8:0910の39乗分の1です
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8:09 - 8:11小数点以下に39個の0が並びます
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8:11 - 8:13さらに悪いことに
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8:13 - 8:16自然界の他の力は
私たちが標準モデルと呼ぶ理論で -
8:16 - 8:18完全に説明できます
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8:18 - 8:21標準モデルは 自然界を最も小さな尺度で
説明する現時点での最良の理論です -
8:21 - 8:22率直に言って
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8:22 - 8:26人類の最も優れた成果の1つです
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8:26 - 8:30重力は例外です
重力は標準理論に含まれていません -
8:31 - 8:32有り得ません
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8:32 - 8:35重力の大半は
消えてしまったというのでしょうか -
8:36 - 8:38私たちは重力を少しは感じますが
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8:38 - 8:40残りはどこにあるのでしょう
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8:40 - 8:41誰も知りません
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8:42 - 8:47さて 大胆な説明を提案している
ある仮説があります -
8:48 - 8:50私たちは
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8:50 - 8:51後ろの方のあなたも
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8:51 - 8:533次元の空間にいます
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8:53 - 8:56このことは
受け入れていただけるといいのですが -
8:56 - 8:58(笑)
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8:58 - 9:01既知の粒子も全て3次元空間に存在します
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9:01 - 9:03実は 粒子があるということは
3次元空間において -
9:03 - 9:06その場所のエネルギーが
基底より高い状態にあるということです -
9:06 - 9:08空間が局所的に揺らいるのです
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9:09 - 9:13もっと重要なことは こういった物理を
記述するために用いる数学では -
9:13 - 9:16次元の数は3つだと仮定としていることです
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9:16 - 9:19しかし数学は数学です
いろんな数学的な扱いを試すことができます -
9:19 - 9:23とても長い間
空間の余剰次元について -
9:23 - 9:24いろいろと考えられてきました
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9:24 - 9:26ただこれは 抽象的な数学の概念に
すぎませんでした -
9:26 - 9:30つまり 周りを見回しても―
後ろの方も見回してください -
9:30 - 9:32明らかに空間には3次元しかありません
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9:33 - 9:35それが現実ではなかったらどうしますか?
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9:36 - 9:42重力の失われた部分は
私たちには見えない空間の余剰次元に -
9:42 - 9:44漏れているとすると
どうでしょう? -
9:45 - 9:49この空間の余剰次元も見えれば
重力は他の力と同じぐらい強いのに -
9:49 - 9:52私たちが感じられるのは
重力のほんの小さな断面だけなので -
9:52 - 9:55重力がとても弱い力だと考えられているのなら
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9:55 - 9:57どうでしょう?
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9:58 - 9:59もしこの仮説が本当ならば
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9:59 - 10:02素粒子の標準モデルを
拡張しなければなりません -
10:02 - 10:06そうすると 余剰次元の素粒子
つまり重力の高次元素粒子― -
10:06 - 10:09空間の余剰次元に存在する
特別な重力子を含めることができます -
10:09 - 10:11皆さんの様子からすると
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10:11 - 10:13このようにお思いでしょう
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10:13 - 10:16「一体どうやってこんな途方もない
SF小説のようなアイディアを試すのだろう? -
10:16 - 10:19私たちは3次元空間に捕らわれているのに」
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10:19 - 10:20こういうときはいつも
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10:20 - 10:222つの陽子を衝突させるのです
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10:22 - 10:23(笑)
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10:24 - 10:26十分に激しい衝突ならば
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10:26 - 10:29そこにあるべき空間の余剰次元を
揺るがせて -
10:29 - 10:31直ちに高次元の重力子が生まれ
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10:31 - 10:36すぐにLHCがある3次元空間にポンと戻り
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10:36 - 10:382つの光子に
つまり2個の光の粒子に分裂します -
10:38 - 10:402つの光子に
つまり2個の光の粒子に分裂します -
10:42 - 10:44ここで仮定した余剰次元の重力子は
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10:44 - 10:482個の光子によるわずかなコブを
生み出せるという -
10:48 - 10:50特別な量子的特徴を持ちうる
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10:50 - 10:55仮想的な新粒子のひとつです
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10:56 - 11:02重力の謎を解き明かし
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11:02 - 11:05空間の余剰次元を発見する可能性―
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11:05 - 11:07もう皆さんはお判りでしょう
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11:07 - 11:11どうして何千人もの物理オタクが データ上の
2個の光子からできるわずかなコブに -
11:11 - 11:13誰も彼も冷静さを失ったのか
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11:13 - 11:16教科書を書き換えるほどの発見です
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11:17 - 11:18ここで思い出してください
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11:18 - 11:20その時この研究をしていた
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11:20 - 11:22実験物理学者たちが出したメッセージは
とても明確でした -
11:22 - 11:23実験物理学者たちが出したメッセージは
とても明確でした -
11:23 - 11:24「もっとデータが必要です」
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11:24 - 11:26データが蓄積されれば
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11:26 - 11:30このわずかなコブが
パリッと素敵なノーベル賞になるか -
11:30 - 11:32(笑)
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11:32 - 11:35新たなデータがコブの周囲を埋めて
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11:35 - 11:37滑らかな線となるか判ります
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11:38 - 11:39私たちはデータを取り続けました
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11:39 - 11:41数ヶ月かかって5倍の量のデータを集めた結果
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11:41 - 11:43このわずかなコブは
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11:43 - 11:46滑らかな線になりました
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11:49 - 11:53マスコミは「大きな失望」とか
「消えた希望」とか -
11:53 - 11:55素粒子物理学者たちの「残念」などと
報道しました -
11:55 - 11:57このように報道されたので
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11:57 - 12:01世間は 私たちがLHCを閉鎖し
帰国したと考えたことでしょう -
12:01 - 12:02(笑)
-
12:03 - 12:04しかし そんなことはしません
-
12:07 - 12:09何故でしょうか?
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12:11 - 12:13仮に新粒子を発見できなくても
まあ実際だめでしたが― -
12:14 - 12:17何故ここで話をしているのか?
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12:17 - 12:20何故 恥ずかしさに肩を落とし
-
12:20 - 12:21帰国しないのでしょうか?
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12:25 - 12:29素粒子物理学者は探査をしています
-
12:30 - 12:32私たちは
専ら地図を作っているようなものです -
12:34 - 12:36LHCから離れて
分かりやすく説明します -
12:36 - 12:40あなたが宇宙飛行士で
宇宙の彼方の惑星に到着し -
12:40 - 12:41異星人を探しているとします
-
12:41 - 12:43最初に何をすべきでしょう?
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12:44 - 12:47すぐに惑星を周回し 着陸し
生命の大きく顕著な兆候がないか -
12:47 - 12:49ざっと調べて地球の基地に報告するでしょう
-
12:49 - 12:51ざっと調べて地球の基地に報告するでしょう
-
12:51 - 12:53この段階に私たちはいます
-
12:53 - 12:55LHCで はっきりとした
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12:55 - 12:57大きな新粒子を探すための最初の調査をし
-
12:57 - 12:59何もなかったと報告をしたところです
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13:00 - 13:02私たちは遠くの山に
異星人らしき変なコブを見ましたが -
13:02 - 13:05近寄って見ると それは岩でした
-
13:05 - 13:08そこで私たちはどうするでしょう?
諦めて飛び去りますか? -
13:08 - 13:09絶対に違います
-
13:09 - 13:11そんなことをするのは最悪の科学者です
-
13:11 - 13:15そうではなくて
次の二十年間かけて探検をして -
13:15 - 13:16その星の詳細な地図を作り
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13:16 - 13:19高性能の機器で砂を厳密に調べて
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13:19 - 13:20全ての石の下を探り
-
13:20 - 13:22地面に穴をあけます
-
13:22 - 13:25新粒子はすぐに大きな
はっきりとしたコブとして -
13:25 - 13:27現れるかもしれませんし
-
13:27 - 13:31何年もの間データを取り続けてから
やっと現れるかもしれません -
13:32 - 13:37人類は非常に高いエネルギーでの探索を
LHCで始めたばかりです -
13:37 - 13:38もっと探索しなくてはなりません
-
13:38 - 13:44もし10年あるいは20年経っても
新粒子を発見できなかったらどうしましょう? -
13:45 - 13:47より大きな実験設備を建設します
-
13:47 - 13:48(笑)
-
13:48 - 13:50もっと高いエネルギーで実験をします
-
13:51 - 13:52もっと高いエネルギーで実験をします
-
13:53 - 13:56100キロのトンネルを造る計画は
すでに進行しています -
13:57 - 14:00LHCの10倍のエネルギーで
粒子を衝突させられるでしょう -
14:00 - 14:02自然が新粒子をどこに隠したか
決めることはできません -
14:02 - 14:04探索し続けることを決めただけです
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14:04 - 14:07もし100キロのトンネルでも
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14:07 - 14:09500キロのトンネルでも
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14:09 - 14:11あるいは 地球と月の間の宇宙空間に浮かぶ
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14:11 - 14:131万キロに及ぶ衝突型加速器でも
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14:13 - 14:16新粒子を発見できないとしたらどうでしょう?
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14:18 - 14:20多分 素粒子物理学のやり方が
間違っているということです -
14:20 - 14:22(笑)
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14:22 - 14:24私たちは考え直さなくてはならないのでしょう
-
14:25 - 14:28私たちが今持っているよりも
多くの資金と技術とノウハウが -
14:29 - 14:30必要となるでしょう
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14:31 - 14:34LHCの一部では既に
人工知能や機械学習の技術を -
14:34 - 14:35取り入れています
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14:35 - 14:38極めて複雑なアルゴリズムを使って
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14:38 - 14:39自分で学習をして高次元の重力子を
-
14:39 - 14:43発見できるような素粒子物理実験を
設計すると考えてみましょう -
14:43 - 14:44しかし あの究極の問いはどうなるでしょう?
-
14:44 - 14:45しかし あの究極の問題はどうなるでしょう?
-
14:45 - 14:49人工知能でさえ私たちの問題に答えを出す
助けとならないとしたら? -
14:49 - 14:51何世紀にも渡って未解決であった
これらの問題は -
14:51 - 14:54近い将来には解けない定めだとしたら?
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14:54 - 14:56私が子供の頃から頭を悩ませている問題が
-
14:56 - 14:59私が生きている内には
解決されない運命だとしたら? -
15:00 - 15:02そうなったら―
-
15:02 - 15:04もっと面白くなるでしょう
-
15:06 - 15:09全く新しい方法で
考えなくてはならなくなるでしょう -
15:10 - 15:13仮定に立ち戻って
-
15:13 - 15:15間違いがないか
確かめなくてはならなくなるでしょう -
15:16 - 15:19そして 一緒に科学を研究するように
より多くの人を誘わなくてはなりません -
15:19 - 15:22それは100年続く問題に対する
新たな視点が必要だからです -
15:22 - 15:25私はその答を見つけていませんし
その答をまだ探しています -
15:25 - 15:27しかし 誰かが―
今は学生かもしれませんし -
15:28 - 15:29まだ生まれてもいないかもしれませんが
-
15:30 - 15:33その誰かが 全く新しい方法で
物理学を捉えるように導き -
15:33 - 15:37今の問いが間違っていただけだと
指摘してくれるでしょう -
15:38 - 15:41それは物理学の終わりではなく
-
15:41 - 15:42新しい始まりです
-
15:43 - 15:44ありがとうございました
-
15:44 - 15:47(拍手)
- Title:
- 物理学の未解決問題をいかに探求するか | ジェームズ・ビーチャム | TEDxBerlin
- Description:
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ジェームズ・ビーチャムは物理学で最も重要な未解決問題の答を求めて、世界最大の科学実験施設であるCERNの大型ハドロン衝突型加速器で研究をしています。この面白く分かりやすいトークで、彼は科学はどのように展開していくかを紐解きます。未発見の基本粒子を探し、重力の謎を解き明かす旅路は空間の余剰次元へと向かい、探求はいかに継続していくのかが詳しく説明されます。
このビデオは、TEDカンファレンスの形式で地元コミュニティが独自に運営するTEDxイベントにおいて収録されたものです。詳しくは http://ted.com/tedx をご覧ください。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDxTalks
- Duration:
- 15:52
Kaoru Suzuki
レビューをしてくださる方へ
翻訳をした鈴木です。よろしくお願いします。
このトークはTED版もあり、そちらの翻訳も担当しました。
http://www.amara.org/en/videos/bK2s4RAmlxmY/info/how-we-explore-unanswered-questions-in-physics/
日本語訳については両方を同じようにしたいと思いますが、いかがでしょうか。
どうぞよろしくお願いします。