大栗博司のブログ

IPMUでの３年間

IPMUでは、春夏秋冬と年に４回、広報誌 IPMU News を発行していて、私も、解説記事を書かせていただいたり、対談記事を掲載していただいています。

昨日発行された第16号には、昨年の秋までIPMUでポストドクトラル・フェローをなさっていた、スザンヌ・レファートさんと私の対談が掲載されています。

⇒ 対談記事はこちら。

IPMUは2007年の秋に発足し、すぐに研究者を公募しました。レファートさんはその時に応募され、2008年の秋に着任されたたいわばIPMU一期生です。2008年当時はアムステルダム大学でポストドクトラル・フェローの任期途中でしたが、IPMUに移籍された理由については対談記事に書かれています。

ヨーロッパからシベリア横断鉄道で来日。IPMUでは、ホジャバ‐リフシッツ理論のくりこみ可能性を証明するなど業績をあげられて、2011年の秋からは、次の研究職のためにジュネーブのCERNに移られました。LHC 実験が始まったので、CERN は素粒子の研究者にとって最高の研究環境の一つです。IPMUで3年間の任期を成功裏に終えて、このような職を得られたことは、私たちにとっても誇らしいことです。

レファートさん以外にも、超弦理論の分野の一期生は、全員よい研究職に就いて転出していきました。

対談では、このほか、IPMUでのアウトリーチ活動やご自身のブログ、また東日本大震災での体験についても語りました。

よろしければご覧ください。

　　　

朝日カルチャーセンター

2月10日（金曜日）に、朝日カルチャーセンターの新宿教室で、「重力のふしぎ」についてお話します。

私たちが普段当たり前のように思っている重力には、実は様々な「なぞ」があります。

今回の講演では、「重力の七不思議」の話からはじめて、アインシュタインの相対性理論、そして、ブラックホールや宇宙のビッグバン理論にいたるまでを解説します。

相対性理論は啓蒙書でもよく取り上げられていますが、今回は私が考案した新しい角度からの解説を試みます。

・なぜ E = M c2 なのか、
・なぜ「空間の曲がり」が重力を説明するか、
・ブラックホールに落ちるとどうなるのか、
・宇宙は膨張しているというがその外はどうなっているのか、
・ホーキング博士はビッグバン理論にどのような貢献をしているのか、

などなどについて、数式を使わなくても納得のいくように説明したいと思います。

重力は私たちに身近な力ですが、物理の基本法則の要でもあり、自然のもっとも深く揺るぎのない真実につながっています。重力を理解しようとする物理学者の冒険をお伝えしたい。

朝日カルチャーセンターでは、これからも講座を持たせていただくことになっています。今回はその入門編ということで、20世紀にわかった重力の基本的な性質についてご説明します。

時間は午後の6時30分から8時まで。場所は新宿の東京都庁の斜め向かいの新宿住友ビルです。金曜日の夕方、重力について考えてみませんか。

お申し込みはこちらからです。⇒ 朝日カルチャーセンター

　　　

下條信輔さんとの対談

先週金曜日の夜行便でCaltechに戻ったところ、青土社の雑誌『現代思想』の2012年1月号が届いていました。『現代思想』というと、私が大学生のころにはいわゆるニュー・アカデミズムの舞台となっていましたが、最近は1年に1回ほど、科学関係の特集をされるようで、今回は「ニュートリノ／相対論：観測がひらく新世界」と題した特集でした。

Caltechの生物学の教授、下條信輔さんと私との対談が掲載されています。

昨年の10月後半に『現代思想』の「ニュートリノ」の特集への原稿を依頼されましたが、ちょうど岩波の『科学』に解説記事を書いたばかりだったので、ご辞退しました。しかし、対談ではということになって、それならとお引き受けしました。

下條信輔さんには、Caltechの数少ない日本人教授ということもあり、懇意にさせていただいています。9月に超光速ニュートリノの発表があったときに、メールで質問をいただいていたので、対談相手として思いつきました。

前半は、『科学』に書いた解説記事を膨らませたような内容になっていますが、後半になると「時間と因果律」、「エントロピーと時間の矢」、「素粒子論と心理学における現象論」、「自然界の階層構造」、「ランドスケープとマルチバース」など、ニュートリノをネタに、好きなことを語り合うというかたちになりました。下條さんがうまくリードしてくださったので、楽しい対談になりました。

対談はカリフォルニアで行ったので、私が録音したものをMP3にして、ドロップボックスで送りました。東京の編集者はスカイプで参加しました。

対談に添えられた写真は、私の子供が撮りました。ちゃんと掲載されたので、見せたところ、「私のクレジットがないじゃない」と怒られてしまいました。

この特集には、もう二つ対談が掲載されています。

一つは、「超光速ニュートリノ」を発表したOPERA実験グループの小松雅宏さんと哲学者の戸田山和久さん。実験グループの内部の事情まで踏み込んだお話で、興味深く拝見しました。

もう一つは、超新星爆発の理論やインフレーション理論で有名な佐藤勝彦さんと科学コミュニケーションを専門にされる横山広美さん。超新星1987Aからカミオカンデにニュートリノが届いたときの裏話がスリリングです。その当時は、私も東京大学理学部の助手をしていて、小柴さんの退官講演もお聞きしたのですが、ちょうどその日に、神岡からデータを入れたテープが届いていたのですね。

量子情報理論の小澤正直さんと科学哲学の北島雄一郎さんの論考も掲載されています。今月のはじめに、量子力学の「小澤の不等式」がウィーン工科大学の実験グループによって検証されたことが話題になったこともあり、よいタイミングの記事でした。

量子力学の授業では、粒子の位置の分散をΔX、運動量の分散をΔPとすると、どのような波動関数についても、これがh/4π（h はプランク定数）より大きいことを教えます。

ΔX ΔP > h/4π

これは、量子力学の基本原理から導くことのできる「定理」ですが、これと測定についての「ハイゼンベルクの不確定性原理」との関係には、微妙なところがあります。

この不等式において、 ΔX、ΔPは、位置や運動量の測定の不確定性を表すものと教えてしまいがちです。しかし、測定の不確定性だとすると、この不等式が必ずしも成り立たないことは、以前から知られていました。

CaltechがMITと共同で行っている重力波検出実験では、観測精度を上げる方法を探るうちに、不確定関係による「量子限界」が問題になりました。30年ほど前に「ハイゼンベルクの不確定性原理」に従わない測定法があることが指摘されたのです。そこで、どんな測定にも当てはまる関係式を見つけることが課題となり、これを解決したのが「小澤の不等式」でした。

このほか、科学ライターの竹内薫さん、量子重力から最近は量子情報理論を研究されている細谷暁夫さんの記事も掲載されています。

ツィッターなどでは、『現代思想』がこのような特集をすることへの批判もお聞きしましたが、私は、充実した内容の特集だったと思います。

　　　

最終日

「アジア冬の学校」の最後の日に、パーティの後で写真を取りました。

立っている学生さんに、こっちに来て座ったらと言っているところで、シャッターがおりたので、私がフレミングの右手の法則のような振りになりました。

初日のパーティの時には、学生さんたちが国別に分かれて座っていたので、最終日には混ざって座っていることを期待しますとスピーチで言いましたが、１０日の間に新しい知り合いがたくさんできたようです。

超弦理論の分野に、若くて優秀な人たちが情熱を持って加わってくれるのはすばらしいことだと思う１０日間でした。

　　　

アジア冬の学校

オックスフォード大学から東京に戻った翌日から、「アジア冬の学校」に出席しています。

この「学校」は、アジア地域の4カ国（日本、韓国、中国、インド）の超弦理論の研究者が組織している国際交流事業で、2006年に韓国で始まり、日本⇒中国⇒インドと一周して、昨年から二周目に入りました。

第６回の今回は、私の所属するＩＰＭＵと、ＫＥＫ (高エネルギー加速器研究機構）が共同で開催しています。学生は、インドから１７名、韓国から２７名、中国と台湾から７名、米国から２名、タイから１名、日本から３５名で、これに講師や組織委員を加えて、１００名程度の会議です。

会場は草津温泉なので、のんびりできるかと思ったら、さにあらず、朝９時の講義から始まって、午前中に２コマ、昼食をはさんで午後に３コマ、さらに夕食の後に１コマあって、毎日終わるのは夜の１１時ごろというハードなスケジュールです。

国際事業として定着してきたので、講師陣も充実していて、彼らからじっくり話が聞けるので、私にとっても勉強になります。

しかしなにより、アジア諸国の若い学生やポストドクトラル・フェローが合宿して、親しく交流できるとてもよい機会だと思います。また、夕食の後には、「ゴング・ショー」と称して、若手研究者が１人５分間で研究発表をするミーティグを２回開きました。

全部で４０名程度が発表をしましたが、研究内容とプレゼンテーションの質の高さに感心しました。ほとんど全員、５分間ぴったりで研究内容がつかめるように用意していて、またその内容もとても充実していました。

Caltechから連れてきた私の学生のボグダン・ストイカ君も、まだ大学院の１年生ですが、私との共同研究について発表しました。

このほかに、夜の部では、実験の先生が２時間講演をしてくださり、毎晩、重イオン衝突実験、宇宙マイクロ波放射観測、ＣＥＲＮのＬＨＣ実験、重力波観測、ニュートリノ実験について、順番に聴講する機会がありました。次の１０年の間の、素粒子や重力に関する実験プロジェクトの概観を得るよい機会でした。どれも日本の実験家による講演で、日本の実験物理学の層の厚さにも印象付けられます。

学生も講師も同じ宿に合宿しているので、夜遅くまで議論が続きます。左の写真は深夜の１２時頃に撮ったものです。

この冬の学校で知り合った若手研究者の間から、長く続く交流が始まったり、さらには共同研究が生まれたりすることを願っています。

　　　

日英数学冬の学校

「日英数学冬の学校」で講義をするためにオックスフォード大学に来ています。

この学校は、日本と英国の数学者が共同で行っている事業で、今年で13回目になります。主として大学院生を対象にしたもので、講義に出席して勉強するとともに、日本と英国の若い学生が知り合いになれるよい機会だと思います。

毎年テーマを決めて開かれ、これまでは純粋数学の分野からテーマが選ばれてきましたが、今年は超弦理論に関係する数学をテーマにしたそうで、私も連続講義の依頼をいただきました。

クラレンドン研究所の講義室の黒板には感心しました。黒板が縦につながっていて、ベルトコンベアのようにぐるぐる回って、黒板を1面書いて上に持ち上げると、下から新しいのが出てきます。1列に9面。これが4列あって、全部で36面です。裏でメビウスの帯のようになっていたら、さらに倍の72面使えますね。

昨日の講義では、４×６＝24面使いました。

「トポロジカルな弦理論」についてお話しました。昨年のミュンヘンの夏の学校での講義に、さらに最近の発展を付け加えたものを用意していたのですが、黒板で丁寧に説明していたら時間切れになってしまいました。それでも、用意した文を急いで話すよりも、基礎の部分をじっくり話すことができてよかったと思っています。数学と物理の学生が混ざった聴衆でしたが、よい反応がありました。

一昨日はエクセター・カレッジでディナーがありました。11世紀から講義が行われていたという古い大学だけあって、とても立派な建物です。

大学付属の科学史博物館には、アインシュタインが1931年に講義をした黒板が保存されていました。膨張宇宙模型によって宇宙の年齢を計算しているもののように見えます。ハッブルの法則の発見が1929年ですから、1931年にはアインシュタインも宇宙膨張を認めていたのですね。

ところで、これを書いている間に連絡があって、今年度の素粒子メダル奨励賞の受賞者は、伊部昌宏さん、北野龍一郎さん、吉田健太郎さんだそうです。おめでとうございます。

　　　

あけましておめでとうございます

初詣には芝の増上寺に行きました。背景の東京タワーには「2012」のサインが光っていました。

明後日からオックスフォード大学で集中講義をする予定ですが、まだ準備ができていないので、新春早々から都内の宿で缶詰状態です。

年末はクリスマスの深夜にロサンゼルスを発ち、27日の早朝に羽田着。午前中には新宿でアウトリーチの相談。そのまま和光市に向かって、理研のシンポジウムに出席しました。

「数理連携１０の根本問題の発掘」と題した研究会で、経済物理、生物、物性物理など多岐に渡る講演を聞き、議論に参加しました。

私の講演は29日で、超弦理論と数学の連携についてお話しようと思ったのですが、講演者や招待討論者のリストを拝見すると、私の研究と関係の深い数学の分野の方があまりいらっしゃらないようでした。

組織委員の橋本幸士さんにご相談したところ、「むしろ超弦理論や場の量⼦論の諸科学への応⽤を模索したい」とのお応え。そこで、超弦理論のホログラフィー原理の応用に焦点を当てた講演にしたところ、幅広い分野の方々からとてもよい反応をいただき、楽しい講演になりました。

昨年はIPMUでの研究のため、日米を往復して10万マイル以上飛行機に乗りました。平均時速20キロ。また、Caltechでは物理・数学・天文部門の副部門長やアスペン物理学センターの理事としての行政上の仕事も増えました。しかし、集中して研究のことを考える時間が取れると、進歩があってもなくても、「科学者になってよかった」と思います。

昨年のことを振り返ると、東日本大震災のことを思い出さずにはいられません。被災された方々は本当にお気の毒だと思います。

震災の後には、このように浮世離れした研究をしている意味があるのだろうかと思うこともありました。しかし、科学の発展のためには、基礎から応用につながる多様なポートフォリオが重要です。

私の研究も、今すぐには世の中の役に立たないかもしれませんが、いつかきっと役に立つときが来ると思います。それは、自然法則のより深い理解から来るかもしれません。また、超弦理論の研究から生まれた新しい数学が、様々な科学技術の問題解決に思いがけない応用を持つこともありうると思います。

理研の「数理連携１０の根本問題の発掘」に参加して、そのようなことを考えました。

皆さんにとって、2012年がすばらしい年でありますように。

　　　

深夜のセミナーと中間審査

昨日は、IPMUでのコロキウム講演会に参加するために、一度夕食に帰宅してから、夜中の10時過ぎに大学に戻りました。

東京大学の数理科学の小林俊行さんが、IPMUの主任研究員に就任なさって最初の講演だったので、Caltechからビデオ会議で参加しました。左がビデオ会議の画面です。

IPMUの教官で、Caltechに来ているシメオン・へラーマンさんも一緒に参加。

計量テンソルに正と負の両方の符号が含まれるような等質空間の解析学の話で、私に親しみのある例としてはド・ジッター空間や反ド・ジッター空間があります。

小林さんは１次元の簡単なところから説き起こして、最後はまだ執筆中の最新の研究成果までお話されました。初等的な部分でもオッペンハイム予想とそのマルグリスによる証明の話を盛り込まれるなど、工夫のあるお話でした。私には最後の１０分ぐらいのところが特に興味深かったので、また改めて詳しくお聞きしたいと思います。

日本では午後３時３０分からの講演会でしたので、カリフォルニアでは午後１０時３０分から。終わったのは、深夜の１２時２０分でした。（上の写真では、時計は午後１１時４５分を指しています。）

さて、文部科学省の世界トップレベル研究拠点のうち最初の５つは２００７年に設立され、今年は中間審査がありました。その結果が、１２月１４日に公表されました。

達成度についての総合評価は、５つの拠点の中で唯一のS(=Superior)レベル。これは、

「当初目的を超える拠点形成の進展があり、『世界トップレベル研究拠点』としてさらなる発展が期待される」

と言うことだそうです。

理論物理学については、

「論文数や被引用数から判断すると、他の世界トップクラスの研究所等と比較しても、現在のサイエンスレベルは非常に優れている」

と評価され、特に私の専門とする弦理論の研究については、

「弦理論と数学を融合させる多大な努力がなされてきており、これは数学の新しい分野を拓く可能性を秘めている。我々は、PIが多くの時間を数学と物理学の橋渡しに費やしている努力を評価する。現在では、若手研究者はこの橋を通って数学と物理学を行き来するようになっている」

と認めていただきました。

まとめとしては、

「我々の総意として、IPMUの過去4年間の活動と科学的業績を高く評価する。IPMUは、この短期間内にゼロから世界的に名の知られた研究機関にまで発展を遂げた。IPMUは、WPIの目標（最高のサイエンス、国際化、融合研究によるブレークスルー、研究及び組織運営におけるシステム改革）の全てにおいて、その達成に向けて目覚ましく進展したことを示した。村山拠点長のリーダーシップを高く評価する。」

と書かれており、特に最後の文は私もまったくその通りだと思います。

これを励みに、IPMUの発展に貢献し、自分の研究にもさらに精進しようと思います。

　　　

ヒッグス粒子

CERNのLHC実験の２つのグループによるヒッグス粒子探索の経過発表がありました。公開セミナーは、カリフォルニア時間では午前５時だったので、ライブで見ることはできませんでした。幸い、午後１時にCaltechでもセミナーがあり、以前CMSグループの米国の代表者もしていたハーベイ・ニューマンさんが講演者でした。最初は私たちのフロアーの会議室で行う予定でしたが、とても聴衆が入りきらなかったので、下の階の大講義室に場所を移しました。

発表の内容自身は、数週間前からうわさになっていたので驚くことはありませんでした。予想通り、両グループとも124-126GeVぐらいのところにヒッグス粒子らしい兆候を見つけたという発表でした。ただし、統計精度は、CMSグループで標準偏差の2.6倍。さらに、"look elsewhere"効果を考えに入れた評価では、標準偏差の1.9倍だそうです。ヒッグス粒子の質量がわかっていないので、質量の考えられる領域をスキャンする必要があります。そうすると、その領域のどこかで統計的なゆらぎが起きて、そのために粒子が見つかったようなシグナルが出るということも考えられます。これを"look elsewhere"効果というわけですが、これを考えに入れると統計の評価が厳しくなるわけです。

素粒子実験の場合に、シグナルがどのくらい誤差より大きければ発見とみなされるかという基準があって、それは標準偏差の５倍とされています。なぜそう決まっているかと言うと、素粒子実験では非常にたくさんのデータを採ります。たくさんのデータを採れば、めったに起きないはずのことが簡単に起きてしまうことがあります。たとえば、100回に１回しか起きないことが起きれば、私たちは普通なら驚くわけですが、データを100個採っていれば、そのうちのひとつぐらいにはそういったことが起きても不思議ではないわけです。素粒子実験では、もっともっとたくさんのデータを採ります。誤差の5倍のことが起きる可能性は、170万回に１回で、そのくらいの精度があれば発見だと考えるのが、素粒子実験の基準なのです。

ちなみに、CMSグループの統計で標準偏差の2.6倍というのはおよそ100回に１回、"look elsewhere"効果もいれた1.9倍と言うのはおよそ20回に1回という確率に当たります。

一方、日本の高エネルギー物理学者が参加しているATLASグループの結果では、ヒッグス粒子のシグナルは標準偏差の3.6倍、これはおよそ5000回に1回。日本の新聞に、「99.98％の確率で見つけたと発表した」と書かれていたのはこのことでですね。また、"look elsewhere"効果もいれると標準偏差の2.3倍、およそ100回に1回の確率です。これが新聞に、「今回は、物理的な重要性を考慮してあえて厳しく見積もることも試み、その結果は98.9％だった」と書かれていたことにの意味だと思います。新聞によって99.98％と書いてあったり、98.9％と書いてあったりしたのは、誤差に"look elsewhere"効果を含めたものを引用したかどうかの違いです。

また、数ヶ月前に話題になったOPERA実験によるニュートリノの速さの測定では、標準偏差の6倍で光速より速いと発表されました。これは5億回に1回という高精度にあたります。

と言うわけで、ヒッグス粒子の発見ではありませんが、着実に進歩しているのは間違いありません。

私には、ヒッグス粒子の兆候とともに、ヒッグス粒子の可能性が排除された質量領域が広がっているのが印象的でした。右の写真で黄色い部分がCMSグループが排除した領域です。

新粒子の発見には標準偏差の5倍の精度が必要なのですが、逆に新粒子の可能性を否定するには標準偏差の2倍で十分とされます。CMSグループの結果は、129GeV以上の可能性を排除しているそうです。ヒッグス粒子の兆候のあるのが124-126GeVぐらいなので、そのすぐ先が排除されてしまっているのですね。

前回の発表では、排除された領域が141GeV以上だったので、129GeVまで下がってきて、ヒッグス粒子探索も終盤に迫っているという印象です。

素粒子の標準模型を超える新たな模型を作るうえでは、124-126GeVというのはかなり微妙な領域のようです。

来年の夏までにはデータがたまって、ヒッグス粒子探索についてははっきりしたことがいえるだろうと思われます。どのような素粒子模型が生き残るのか、わくわくする時代になってきました。

　　　

ラディアンス

UCLAの隣のゲフィン・プレイハウスで、アラン・アルダさん脚本の新しい劇『ラディアンス：マリー・キュリーの情熱』を観てきました。

アラン・アルダさんは、朝鮮戦争の従軍医を描いたテレビ・シリーズ『M*A*S*H』でよく知られていますが、科学にも強い興味をお持ちで、米国の公共テレビPBSの科学番組のホストをなさっています。また、リチャード・ファインマンに題材をとった劇『QED』では主演をなさっています。

今年は、マリー・キュリーが２度目のノーベル賞（化学賞）を単独で受賞してからちょうど１００年になります。この劇では、マリー・キュリーの科学への情熱とともに、彼女の直面した困難の数々、またポール・ランジュバンとの恋愛などが巧妙に組み合わされています。アンナ・ガンさんのマリー・キュリー役には説得力がありました。

今回は、私の冠教授職のスポンサーでもあるカブリ財団のご招待でした。カブリ財団は、アラン・アルダさんと共同で科学アウトリーチのさまざまの活動をしているので、そのご縁でした。

　　　

シュワルツさん、古希のお祝い

Caltechの同僚のジョン・シュワルツさんが古希（70歳）をお迎えになったので、素粒子論研究室でお祝いをしました。

後ろの黒板には、私が60歳＝還暦、70歳＝古希、77歳＝喜寿、88歳＝米寿、99歳＝白寿、9002歳＝麦寿の説明をした跡が見えます。

シュワルツさんは、超弦理論の創始者のひとりです。1974年には、日本の米谷民明さんと独立に、ジョエル・シャークさんと共同で、超弦理論がアインシュタインの一般相対論を含んでいることを示し、超弦理論を使えば素粒子の究極の統一理論が作れるはずだと提案しました。

2001年にCaltechで開催した還暦のお祝いの国際会議の席では、シュワルツさんは当時を振り返って、「この発見をしたときに、私は超弦理論の研究に生涯をささげようと決意しました。」とおっしゃっています。

しかし、1974年当時の超弦理論には、素粒子である電子やクォークを組み込む方法がわかっていませんでした。このため、素粒子論の研究者のほとんどは、超弦理論を見放しました。

その後の10年間は、世界中で超弦理論の研究者が数人しかいない時代が続きました。

しかし、シュワルツさんはあきらめませんでした。Caltechはそのようなシュワルツさんを上級研究員として雇用し、研究の支援を続けました。

そして、ついに1984年に、当時若手研究者だったマイケル・グリーンさんと共同で、超弦理論に電子やクォークを組み込む理論的機構を発見。超弦理論は一躍素粒子論の主流の研究分野となり、シュワルツさんの10年間の苦労は報われたのです。

シュワルツさんは、その後も、超弦理論における双対性の重要性を早くから指摘し、1995年の「第2次超弦理論革命」を予見していました。また、2004年には3次元超対称チャーン・サイモンズ理論についての重要な論文を書き、これは2008年の「M2ブレーン・ミニ革命」の種となりました。シュワルツさんは、時代を何年も先んじる発想で、常に新しい方向を開拓してこられました。

2001年の還暦のお祝いの会では、世界中の研究者がお祝いの手紙を書きました。そして、それをまとめた冊子を、私が会議のバンケットの席でシュワルツさんにお渡ししました。その手紙の中には、同僚のジョン・プレスキルさんがシュバルツさんにささげる詩が入っていました。とてもうまくかけている詩なので、バンケットの席で読み上げたらよかったのですが、そのときにはそこまで頭が回りませんでした。

そこで、今回のお祝いの席では、この10年前の詩を取り出して、読み上げました。シュワルツさん、お誕生日おめでとうございます。

To John Schwarz

Thirty years ago or more
John saw what physics had in store.
He had a vision of a string
And focused on that one big thing.

But then in nineteen-seven-three
Most physicists had to agree
That hadrons blasted to debris
Were well described by QCD.

The string, it seemed, by then was dead.
But John said: "It's space-time instead!
The string can be revived again.
Give masses twenty powers of ten!"

Then Dr. Green and Dr. Black,
Writing papers by the stack,
Made One, Two-A, and Two-B glisten.
Why is it none of us would listen?

We said, "Who cares if super tricks
Bring D to ten from twenty-six?
Your theory must have fatal flaws.
Anomalies will doom your cause."

If you weren't there you couldn't know
The impact of that mightly blow:
"The Green-Schwarz theory could be true ---
It works for S-O-thirty-two!"

Then strings of course became the rage
And young folks of a certain age
Could not resist their siren call:
One theory that explains it all.

Because he never would give in,
Pursued his dream with discipline,
John Schwarz has been a hero to me.
So please, don't spell it with a "t"!

John Preskill
November 3, 2001

　　　

西大和学園

昨日今日と、奈良県の西大和学園の中学３年生の生徒さんが、Caltechを訪問されました。１グループ５０名ぐらいで、NASAの無人宇宙探査のためにCaltechが運営しているJPLを見学した後、この夏に改装が終わったFeynman Lecture Hallに来てくれました。

一昨年から始まって、今年で３回目です。

今回は、この６月に東京大学の講義シリーズ「グローバル時代をどう生きるか：プロフェショナルが語る新たな可能性」でさせていただいた講演を、中学生向けに編集して３０分ほどお話しました。

中学部は１年３００名ぐらいだそうですが、そのうち特に理科に興味のある１００名が５０名ずつの２組に分かれて、ロサンゼルスの科学博物館やCaltechの見学をしているのだそうです。

さすがに理科に興味のある生徒さんだけに、講演の後の質疑では、最近話題の超光速ニュートリノはどのくらい確からしい話なのかとか、ホーキングの本でブラックホールに入ったものは出てくることができないと読んだのだがそれはなぜか、暗黒物質はどのようにしたら検出できるのかなど、よい質問がたくさん出ました。

こういう質問を受けるといくらでも語ることができるので、一つひとつの回答に時間をかけ過ぎて、多くの質問に答えられなかったのが反省点です。

昨年の様子はこちら。同じ講義室なので、昨年の写真と上の写真を比べると、改装前と改装後がよくわかります。

昨年は、天井に穴の開いているところがあって、「あの穴はなんですか」という質問を受けてトホホとなる場面もあったのですが、今年はきれいに直った講義室でお迎えできてよかったです。

先生から、「このように中学生を相手に話をしたり、啓蒙活動をする動機はなんですか」というご質問も受けました。これには、

（１） 研究室の帰りに夜空の星をながめながら，この答を知っているのは世界に自分しかいないという感動を覚えるというようなことは，研究者なら誰しも経験することです。しかし、その後には、その感動をできるだけ多くの人に伝えたくなる。その意味で、アウトリーチというのは、研究者にとって自然な活動だと思います。自分の発見した真実を知ってもらうことは楽しい。

（２） 私は、科学者としてのキャリアを選んで、とてもよかったと思っているので、これから職業を選んでいく若い学生の皆さんにこのような選択肢があることを知ってもらいたい。

とお答えしました。

　　　

光よりも速く ― 後日談

１０月２５日に発売になった岩波の雑誌『科学』の１１月号に、解説記事「光よりも速く」が掲載されました。

９月２３日にニュートリノは光より速く走ることができると発表したOPERA実験について、私が書いたブログ記事「光よりも速く」と「タイムマシンは可能になるのか」を読まれた『科学』の編集長から、これらをもとに記事を書くようにご依頼をいただきました。

私は実験物理学者ではないし、ニュートリノの専門家でもないので、どうしたものかと思いましたが、引き受けることにしたのには２つ理由があります。

１つには、素粒子実験における誤差や精度についての考えかたや、実験結果について理論物理学者がどのように反応するかを、一般の読者に伝えるよい機会ではないかと思ったこと。

もう１つは、物理学の確立した理論は、拡張されることはあっても覆ることはないという重要な事実を説明したかったからです。この考えかたは、物理学では「有効理論」という概念で精密に定式化されています。これについては、また別の機会に詳しく解説したいと思います。

今回は、依頼があってから５日後が締め切りで、ストーニーブルック大学にコロキウムに行く飛行機の中で校正をするという、超光速の執筆でした。

OPERA実験グループに参加されている名古屋大学の小松雅宏さんと、神岡宇宙線研究施設で太陽や超新星からのニュートリノの観測や暗黒物質の探索実験をなさっている中畑雅行さんには、原稿を読んでいただき、有益なご指摘をいただきました。ありがとうございました。

読んでくださった方から、「大変論旨が明快で、素人の私も理解しやすかったです」とのコメントをいただきました。よろしければご覧ください。

　　　

ソルベー会議： ４日目

ソルベー会議も今日が最終日。上の集合写真は昨日撮ったものですが、早速今日配られていました。

１００年前の第１回ソルベー会議の集合写真（左）では、前列でウィルヘルム・ウィーン、マリー・キュリーとアンリ・ポアンカレが机の上のノートか何かを見ながら議論しているところが写っているので、フランク・ウィルチェックさんが「僕たちもキュリー夫人の真似をしてみようか」と冗談を言っていました。

今日の午前のセッションは「量子重力と弦理論」と題して、量子重力の基礎とその理論物理学の諸問題（たとえば物性物理の強相関問題）への応用、またインフレーション宇宙論や宇宙初期の特異点の議論になりました。

前半の基調講演はフアン・マルダセナさん、後半の基調講演はアラン・グースさんでした。私はグースさんの講演ははじめて聞いたのですが、とても明快で、インフレーション宇宙論の勘所がよくわかりました。

量子重力理論では、量子力学の基本原理と、場の理論の局所性の性質の間に緊張関係が生じて、たとえばホーキングの指摘したブラックホールの情報問題も、この２つの間の矛盾によるものだと考えることもできます。超弦理論のホログラフィー原理によると、局所性の概念は変更を受けるものの、量子力学の原理はそのまま保たれることになります。

ホログラフィー原理は、量子重力では空間はより基礎的な自由度から生まれる（創発される）近似的な概念と考えることができますが、時間が創発される例はまだ見つかっていません。空間と時間が非対称に扱われるのは不思議にも思いますが、時間が創発される場合には、量子力学自身が変更を受けなければいけなくなると思われます。

午前のセッションが終わって、ホテルのロビーに行くと人だかりがしています。ベルギーの漫画家エルジェの描いた『タンタン』が映画化されて、今日が初日なのだそうです。私たちが宿泊して、会議も開かれているメトロポール・ホテルもしばしば漫画の舞台になったので、すぐ外の広場がお祭りのようにになっていました。

午後のセッションは、これまでの６つのセッションの総括。

物性理論は１メートルから１０のマイナス１０乗メートル、素粒子論は１０のマイナス１４メートル以下の世界をもっぱら対象にします。今回の会議では、この２つの分野の研究者集まって「量子世界の理論」というテーマで１週間議論をしました。異なる研究対象を持つ２つの分野ですが、お互いに興味を共有し、方法論を比べあうことで、物理学というのが１つの学問分野であることを強く感じた１週間でした。

　　　

ソルベー会議： ３日目

３日目の今日からは、いよいよ素粒子論の議論が始まりました。

午前のセッションは「粒子と場」と題して、前半は場の量子論の様々な話題、後半はLHCの物理の話でした。

まず、フランク・ウィルチェックさんの基調講演では、標準模型についての様々ななぞが指摘され、これらの理解にどのような実験が必要になるのかが議論されました。

前半の議論では、場の量子論の定義や対称性の破れの概念について、素粒子論と物性理論の研究者との間で、基本的な理解が異なっていることが明らかになりました。私が当たり前に思っていることでも、違う分野の研究者にとってはそうでなかったり、その逆のことがあったりと、異分野との交流は一筋縄ではありません。

そこがまた楽しいところですが。

ザイバーグさんが、場の量子論の今後の課題のひとつとして、ラグランジアンを持たない理論の理解が重要であるということを強調したところ、ポリヤコフさんが「ラグランジアンは、適切に表彰を与えた上で埋葬すべきである」というランダウの言葉を引用していました。

また後半の議論では、素粒子の標準模型が確立してから２５年ほどの間に提案されてきた標準模型を超える様々な模型が、いよいよLHC実験で検証されることが話題の中心でした。ヒッグス粒子の発見は、もちろん標準模型の詰めになるわけですが、その質量によっては標準模型を超える模型にも制限を与えることになります。サバス・ディモポロスさんは、「今年のクリスマスまでに、ヒッグス粒子が見つからなければ、心配をするべきか」とという質問で話を始めました。必ずしも超対称性模型と矛盾するわけではないという落ちでした。

ヒッグス粒子が見つからなかった場合にはどうなるのかという質問には、午前の議長のハワード・ジョージャイさんが、ヒッグス粒子が複合粒子である可能性も否定されたわけではないと強調していました。

昼食の時間には、物性理論のシャォガン・ウェンさんと、QCDがどのような意味で定義されているのかについて議論になりました。

前回のソルベー会議は２００５年に開かれました。右の写真が前回のときのもの。振り返ってみると、このときより、今回の会議のほうがおもしろいように思います。

前回はもっぱら素粒子論の研究者（と数名の数学者）の集まりだったところが、今回は素粒子論と物性理論が半々ぐらいで、お互いに他の分野の人がいるということで緊張感を持って議論をしているからではないかとも思いました。

素粒子と物性の対話ということでは、IPMUでも昨年同じようなテーマで国際会議を開きました。⇒そのときのブログ記事

このIPMUの会議では、もっぱら物性物理学の話題に素粒子の手法がどのように使えるのかを主として議論がされましたが、今回のソルベー会議では、素粒子論本来の話題も多く取り上げられて、それに対して物性の研究者が意見を述べるということで、議論の幅が広がっているように思いました。

今日は、午後は自由時間だったので、最近完成したマグリッド美術館に行って見ました。これまでブリュッセルの様々な美術館にあったルネ・マグリッドの作品を一箇所に集めたもので、その全貌を一挙に見ることができるすばらしい美術館でした。

夜には、ブリュッセルを一望できる会議場で宴会が開かれました。入り口にマグリットの「光の帝国」シリーズの壁画があって、オリジナルだと言うことで驚きました。

宴会の帰りには、量子情報を研究している人たちといっしょになったので、さりげなく「もし量子コンピュータができたら何に使うのか」と聞いたら、ひとしきり議論になりました。

　　　

ソルベー会議： ２日目

２日目のセッションは、メトロポール・ホテルの会議場で行われました。

午前のセッションは「量子系のコントロール」と題して、量子光学や原子物理の発展によって明らかになりつつある、新しい量子現象についての議論が交わされました。

レーザー光の干渉よって作られた周期ポテンシャル（光学格子）に、量子状態を保ったまま埋め込まれた粒子系を使って、さまざまな量子系のアナログ模型を作る話も注目を集めていました。ただし、非可換ゲージ理論が構成できると言う主張については、ゲージ場が本当にダイナミカルな自由度になっているのか、またゲージ対称性が正しく現れているのかなどが議論になりました。

超弦理論のAdS/CFT対応の物性物理学への応用では、物性で興味のある模型がAdSの重力理論によって、定性的なだけでなく（ユニバーサリティに頼れる性質だけでなく）、定量的にも意義のあるものとして構成されているのかがしばしば問題にされます。今日の午前のセッションでは、逆に、量子光学の場の量子論への応用に関して、素粒子論で興味のある模型がきちんとできているのかが問題とされていたことは、【素粒子⇒物性】【物性⇒素粒子】と鏡像の関係になっているようで、おもしろいと思いました。

午後のセッションは「量子物性」と題して、量子相転移やトポロジカルな秩序など、様々な物質で実現される特異な量子現象が話題になりました。場の量子論を研究しているものとしては、トポロジカルな場の理論や、チャーン・サイモンズ理論、ゲージ理論のテータ項など、場の理論の高度な現象が実際の物質で実現していることに魅力を感じました。

講演の後には、公式な議論の時間がたっぷりと取ってあって、私には物性物理学者がどのような点に興味を持ち、どのような点を気にするのかがよくわかって、興味深かったです。

夜には、ブリュッセルの郊外にあるソルベー家の邸宅でレセプションがありました。

　　　

ソルベー会議：１日目

科学プログラムの１日目の午前のセッションは、グラン＝プラスの正面にある市庁舎の大広間で開かれました。

午前中はもっぱらソルベー会議の１００年を振り返る講演が続きましたが、バークレイの科学史教授のジョン・ヘイルブロンさんによる１９１１年の第１回ソルベー会議にいたる歴史の話が意外でした。ソルベー会議を主催したエルネスト・ソルベーは、自分自身の独特な科学観（ヘイルブロンさんの話では、疑似科学的なアイデア）を持っていて、自分の理論を発展させるために最先端の科学者を集めることがもともとの趣旨だったのだそうです。幸いにして、ネルンストやローレンツといった見識のある物理学者のアドバイスがあって、量子力学の発展に貢献するように方向転換をすることができたのだそうでう。

昼食時にメトロポール・ホテルに戻り、午後の「量子力学の基礎と量子計算」と題した午後のセッションはホテルで開かれました。

科学プログラムは、２０分程度の基調講演と、５分の短い講演、その後の議論という順番で進みました。

最初はベルの不等式や量子力学の多世界解釈など以前から議論されている話題が出てきてどうなることかと思いましたが、後半になると量子計算においてこれらの話題がどのような意義を持つかの議論になり、おもしろくなってきました。

Caltechのジョン・プレスキルさんは、後半の基調講演で、量子力学的なもつれと量子コンピュータについての最近の結果を俯瞰する明快な講演をされました。講演の最後で、量子重力コンピュータの話になったのは驚きましたが。

午後のセッションの後には、皆でグラン＝プラスまで歩いていって、ギルド・ハウスを見渡す部屋で夕食会になりました。

　　　

ソルベー会議： ０日目

ソルベー会議の科学プログラムの前日の今日は、「知的好奇心にかられた科学？―役に立たない研究の有用性」と題したシンポジウムが開かれました。

ソルベー会議の１００年間を振り返り、科学者のほかに産業界や政界、教育界の人々も参加して、基礎科学の果たす役割についての議論がされました。

ロバート・ダイグラーフさんによる「基礎科学の意外な有効性」と題した基調講演から始まり、基礎科学の重要性を社会にどのように訴えるべきか、科学研究の高い水準を保つためにはどうすべきか、また政府のほかに篤志家の役割について、様々な意見が出されました。

日本からは、トヨタ自動車株式会社の名誉会長の豊田章一郎さんが講演されました。日本人なら誰でも知っている豊田佐吉の自動織機の発明の話から始まり、豊田理化学研究所やコンポン研究所の最近の活動についてもお話になりました。

基礎研究者が好奇心から研究したことは、５０年や１００年たって社会に役に立つことがあるので、市場経済だけではこのような研究は成り立たない。社会資本として、政府が支援するべきものであるという意見が多数でした。

その一方で、細胞の構造と機能に関する発見でノーベル生理学・医学賞を受賞され、今年で９５歳になられるクリスチャン・ド・デューブさんが、社会に５０年後に役に立つかもしれないから基礎研究をしているのではない。おもしろいからしているのだと強調されていたことにも強い印象を受けました。

数理科学の研究を私財で支援されているジェームス・サイモンズさんは、ご自分が数学者だったころの経験を振り返って、研究には好奇心のほかに、意義のある方向を見定める審美眼も重要であると強調されていました。

シンポジウムの後の夕食会では、テーブルごとにマックス・プランクやヘンドリック・ローレンスなどソルベー会議にちなんだ名前が付けられており、私はソルベー会議の創始者のエルネスト・ソルベーのテーブルでした。

　　　

ソルベー会議：マイナス１日目

ソルベー会議に出席するために、ベルギーの首都ブリュッセルに来ています。日曜日の午後の飛行機でロサンゼルスを発ち、月曜日の朝にフランクフルト着。朝ごはんに白ソーセージをいただいて、乗り継ぎ。昼過ぎにブリュッセルに着きました。

第１回のソルベー会議は、１９１１年にヘンドリック・ローレンツを議長として開かれました。「放射理論と量子」と題されたこの会議は、その後の量子力学の発展に大きな影響を与えたとされています。

また、ソルベー会議以前には、ヨーロッパでも科学の分野での国際会議というのはあまり開かれておらず、この会議は科学研究の国際化にも大きく貢献したとされています。

今年はソルベー会議が始まってちょうど１００周年にあたるので、「量子世界の理論」と題された今回の会議では、通常の科学プログラムのほかに様々な行事が予定されています。

科学プログラムは明後日からですが、今日はマイケル・フレイン作の演劇『コペンハーゲン』の公演を見に行きました。第２次世界大戦中の１９４１年にドイツの物理学者ウェルナー・ハイゼンベルグが、ドイツに占領されたコペンハーゲンに恩師ニールス・ボーアを訪ねたときの話です。１９２０年代に量子力学の創設に大きく貢献した師弟でしたが、この訪問の後で仲たがいしてしまったので、このときに何が話し合われたのかが科学史上のなぞとなっています。

ハイゼンベルグの自伝『部分と全体』にもこの訪問のことが書かれています。一方のボーアも、ハイゼンベルグへの手紙を書き、何度も書き直したそうですが、ついに投函されることはありませんでした。ボーアの死後、この手紙は封印されていましたが、この劇の公開によって起きた議論のために２００２年に公開され、ウェブでも読むことができます。⇒ ボーアの手紙

今回の公演は、ハイゼンベルグの役はノーベル物理学賞を受賞されたディビッド・グロスさん、ボーアの役はノーベル化学賞を日本の白川英樹さんらと受賞されたアラン・ヒーガーさんという豪華キャストでした。

特に、ハイゼンベルグが核分裂連鎖反応の臨界量の計算を間違えていたことをボーアが指摘するところなど、ボーアとハイゼンベルグの議論が白熱するところは、科学者であるグロスさんとヒーガーさんの演技に臨場感がありました。

この劇は、日本でも新国立劇場などで公演されているようですが、今回のように科学者による演技を試みるのもおもしろいのではないかと思いました。

公演の後には、作者のフレインさんや、グロスさん、ヒーガーさんらのパネル討論会がありました。

フレインさんによると、最近に公開されたボーアの手紙やハイゼンベルグの手紙から、ハイゼンベルグはボーアにドイツの原子爆弾製造計画について英米側に伝えてもらうことを期待したと考えられるそうです。たしかに、ナチスの盗聴を受けていたハイゼンベルグが、当時ドイツの敵国人で半分ユダヤ人であり、また反独活動をしていたことでも知られるボーアに、ドイツの秘密計画の話をしたのは何か覚悟があったとも考えられます。グロスさんは、「これでまた脚本を書き直すことになるのか」と、作者のフレインさんに突っ込んでいました。

また、科学者の社会責任についても取り上げられました。会場から、科学者は自分の研究が社会に害悪をもたらすことになることがわかっているときに、倫理的な理由から研究を止めることができるのかという質問があり、ひとしきり議論になりました。

　　　

改装工事、ほぼ終了

Caltechの素粒子論研究室の改装工事もようやく終了して、今日は新しい会議室で第１回目のセミナーが開かれました。記念すべき最初の講演者は、IPMUの高柳匡さんでした。

先月のブログ記事を読み返してみると、９月の終わりには工事が完成するようなことが書いてありますが、黒板の取り付けなどに思いのほかに時間がかかって、実際に使えるようになるのは３週間ほど遅れてしまいました。
⇒　改装工事についての先月の記事

会議室の右側はガラスの壁になっていて、それを隔てて議論の広間と大きな窓があります。採光がよいので、スライドをスクリーンに映すときに明るすぎるのではないかと心配していましたが、建築家が照明をうまく設計してくれたおかげか、まったく問題ありませんでした。

右の写真は、会議室を出たところにある議論の広間です。今回の改装では、いたるところで議論できるように、黒板のスペースをたっぷり取りました。ここでも、床から天井近くまでの黒板が壁いっぱいに拡がっています。黒板が大きいと、のびのびと議論ができるような気がします。

　　　

スティーブ・ジョブスさんと暗黒物質

Caltechの新学期の授業は９月の終わりに始まるので、学期が始まって２週間です。

素粒子論研究室の改装工事もようやく完成間近になりました。本当は３週間前ぐらいに完成しているはずだったのですが、黒板の設置や家具の配達が遅れています。

右の写真は、議論をする部屋の黒板が設置されたので、書初めをしているところです。



先週には、英国の教育専門誌の『タイムズ・ハイヤー・エデュケーション』が、世界の大学ランキングを発表して、Caltechが１位になっていました。

ハーバード大学とスタンフォード大学は同列２位。以下、オックスフォード大学、プリンストン大学、ケンブリッジ大学、MITと続きます。

東京大学は、香港大学を押さえて、アジア地域で１位に返り咲いていました。

しかし、このようなランキングは、いろいろな要素の重みを変えると、順番がいかようにも変わるので、どれだけ意味のあるものかわかりません。

米国では、高校生が大学受験の参考にする『USニュース＆ワールド・レポート』誌のランキングがよく知られていますが、１０年ほど前にランキングのための重みを変えたら、Caltechが１位になってしまったことがあります。このときは、アイビー・リーグの大学の卒業生から非難ごうごうで、ランキングの係りの人が解雇されてしまったと聞きました。

* * * * * * *

２年前の新学期には、スティーブ・ジョブスさんがスタンフォード大学の卒業式でなさったスピーチについて触れました。⇒Back to School

ジョブスさんがお亡くなりになったと聞いて、思い出したことがあります。

１１年前に、私がまだカリフォルニア大学のバークレイ校にいたときに、超弦理論についての一般講演をしたことがあります。スタンフォード大学のスティーブ・シェンカーさんと２人組みで出演して、各々簡単な話をしてから、２人で掛け合い漫才のようなことをしました。

質疑応答の時間になって、手を上げた人のひとりがスティーブ・ジョブスさんでした。「暗黒物質は超対称性によって予言される粒子と考えられるのか」という専門的なご質問で、このようなことも勉強されているのかと感心しました。

講演の後演壇までいらして、しばらくお話しましたが、残念ながら何を話したか憶えていません。

暗黒物質の正体はもうすぐわかるかもしれないので、そうしたら１１年前のご質問にきちんとお答えできたのですが。

　　　

ストーニー・ブルック

ニューヨーク市の近郊のストーニー・ブルック大学にコロキウムに行っていました。帰りの飛行機の中でこのブログを書いています。ユナイテッド航空のロサンゼルス⇔ニューヨーク便は、機内でインターネットが使えるので、便利なのだかどうなのか。

ストーニー・ブルック大学には、著名なヘッジファンドの会社『ルネッサンス・テクノロジー』の経営を最近退かれたジム・サイモンズさんが出資された新しい研究所、Simons Center for Geometry and Physics （サイモンズ幾何学物理学研究所）があります。昨年ストーニー・ブルックを訪問したときには、研究所の建物はまだ建設中で、所長のジョン・モーガンさんに工事現場を案内していただきました。 ⇒ そのときの記事

Simons Centerの建物も立派に完成して、素敵な空間になっています。上の写真は、5階から3階の交流広場を見下ろしたところ。１階と2階に大講義室などがあって、3階から５階までが研究者のための空間、交流広場を囲んで居室があるところなどは、IPMUの建物と似ています。

個々の研究室を訪問して専門分野の人向けに話をする通常のセミナーと違って、コロキウムは学部全体が対象なので、別な準備をする必要があります。物理学の全ての分野の先生から大学院生、学部学生も聞きに来るので、やさしい話から説き起こして、最新の話題にまで持っていく必要があります。

今回講演の題名はGravity's Hologram (重力のホログラム） で、以前にIPMUの広報誌IPMU Newsに書いた解説記事の内容を膨らませた講演をしました。

右の写真は、Simons Centerのロビーに表示された私のコロキウムの広告。

IPMU Newsと言えば、たまたまSimons Centerを訪問していた数学者のマイケル・アティアーさんにお会いしたら、IPMU Newsを毎号楽しみにしているとおっしゃっていました。特に、科学解説の記事がわかりやすくてよいとのことでした。アティアーさんは、広報誌を受け取ると普通はそのまま捨ててしまうのだが、IPMU Newsだけは取っておいて読むのだとのこと。Simons Centerの所長のモーガンさんも、Simons Centerでも、アウトリーチ活動としてこのような広報誌が作れればよいのだがとおっしゃっていました。

　　　

タイムマシンは可能になるのか

昨日のブログ記事で「日本の新聞やテレビの取り上げかたは」と書きましたが、何でもひとからげにするのはよくないと反省しました。たとえば、朝日新聞の編集委員の尾関章さんの書かれた記事は適切だったとお聞きしました。

お詫びのしるしに、もしニュートリノが光より速く走れたらどうなるかについて書いてみます。ポイントは２点。

その１：　「この実験結果が正しいと、タイムマシンが可能になる」というのは短絡的。

アインシュタインの特殊相対論が正しくて、しかも光より速い粒子があったとしたら、その粒子は過去に行って戻ってくることができます。タイムマシンが可能になるという記事は、このことを考えて書かれているのでしょう。

しかし、光より速い粒子があったら、アインシュタインの理論の仮定自身が変更されるので、この論理は正しくありません。

タイムマシンができないというのは、物理学の基礎である因果律によるもので、これはアインシュタインの理論の仮定よりも基本的なものです。これが成り立たなければ、アインシュタイン理論どころではありません。

ニュートリノが光よりも速くても、タイムマシンができない例を説明しましょう。

私たちの空間は３次元のように感じますが、実際には高次元の空間があって、私たちの３次元はそのなかに膜のように浮いているとします。この場合には、ニュートリノが高次元を近道して、光を追い越すような設定を考えることもできます。高次元ではアインシュタインの理論が成り立っていても、３次元の膜の上からはニュートリノが光より速く移動しているように見える。このような設定では、ニュートリノは、光より速く走れても、過去に行って戻ってくることはできません。

その２：　物理学の確立した理論は、拡張されることはあっても覆ることはない。

物理学は、古い家を壊して更地に新しい家を建てるというのではなく、古い家を改装しながら大きな家にしていくというようにして進歩してきました。

たとえば、ニュートンの力学はアインシュタインの特殊相対論に取って代わられたという言い方をしますが、これはニュートンの力学が間違っていたということではありません。光速より十分遅い物体の運動については、ニュートンの運動法則は十分に正しい。

また、量子力学と一般相対論を統一する理論の候補である超弦理論では、高エネルギー実験でアインシュタインの相対論が変更を受けると考えられています。

一般に、物理学の理論にはそれが適応される領域というものがあり、確立した理論はその領域の中では十分にテストされていて、その領域の中では法則が変更されることはない。ある理論が新しい理論によって乗り越えられるというのは、より広い領域に当てはまる理論になるということです。

物理学のより深いより基本的な法則を探る素粒子物理学の研究者が、CERNのような巨大施設を作って極限の状況で実験を行うのは、前人未到の領域に踏み込んではじめて既存の法則の限界がわかるからです。

もちろん、理論が拡張されることで、私たちの自然に対する考えかたが革命的な変更を受けるということはありえます。たとえば、アインシュタインの特殊相対論は、私たちの時間や空間に対する考えかたを大きく変えました。

昨日のブログ記事に書きましたように、今回の実験については吟味すべき点がいくつかありますが、仮にこの実験グループの主張が正しく、ニュートリノが光より速く走ることができたとしても、「タイムマシンが可能になる」というような結論にはならないと思います。

　　　

光よりも速く

素粒子論研究室の改装工事も終盤になりました。木曜日には工事の騒音を避けて、物理学・数学・天文学部門の事務室のならびにある副部門長の居室で、こっそり研究をしていました。

部門長が現れて、「ニュートリノが光より速いって聞いたかい。」と言います。

持っているのはニューヨーク・タイムズ紙の記事。速報論文や研究所のプレスリリースでないところが普通ではありません。

「CERNからグランサッソに打ったニュートリノが６０ナノ秒早く着いたって言うんだ。」
「誤差はどのくらいですか。」
「１０ナノ秒と書いてある。」
「距離にして３メートルか。GPSを使えば可能ですね。」

後で聞いた話では、他にも誤差の因子があるので、距離については２０センチメートル程度の精度が必要だそうです。

「超新星１９８７Aまでの距離ってどのくらいでしょうか。」

１９８７年に観測された超新星Aからのニュートリノは、可視光が地球に届く約３時間前に、カミオカンデなどで観測されています。超新星爆発の理論によると、ニュートリノは可視光の数時間前に発せられることになっているので、光とニュートリノの速さがほぼ同じだとしても矛盾はありません。この観測に対して小柴昌俊さんがノーベル賞を受賞されたことはよく知られています。

「大マゼラン星雲にあるから、１６万光年ぐらいだな。」

部門長は天体物理学者です。

「CERNからグランサッソまで７００キロメートルとすると、これだけ走って１８メートル（＝光速×６０ナノ秒）の差がついたということは、１６万光年走ると４年ぐらい差がつきますね。」
「ニュートリノの速さがエネルギーに依存するということも考えられるんじゃないのか。」
「今回の実験で、エネルギー依存性は測っているのでしょうか。」

「ひとつのビームの長さはどのくらいでしょうか。」
「さて、（Caltechの）MINOS実験の人たちにでも聞いてみるか。」

後で聞いてみると、ビームの長さは３キロメートルぐらいだそうです。誤差３メートルの１０００倍なので、ビームの形がしっかりわかっている必要があります。

カリフォルニア時間の金曜日の朝には、CERNで実験グループによるセミナーがありました。私もライブビデオで拝見して、質疑応答の時間にはツィッターで実況しました。

質疑の最初には、ノーベル賞受賞者であるサム・ティンさんが手を上げて、「非常に注意深くなされた実験である。」と賞賛していました。

GPSでの位置情報を地下の実験施設まで延長する際の不定性、月の位置との関係や、潮汐力による地殻の動き。また、CERNとグランサッソの施設の高度の違いのために、一般相対論の効果で時間の進みかたにずれが起こる可能性など、さまざまな方面から質問が出ましたが、講演者はその一つひとつに丁寧に答えていました。しかし、ビームの形の不定性については、疑問が残りました。

このような議論を通じて、アインシュタインの相対性論が間違っているのではないかとか、タイムトラベルが可能になるのではないかという話はまったく出てきません。カール・セーガンが言ったように「法外な主張は、法外な証拠を必要とする」ので、「ニュートリノが光より速い」という主張に接したときに　科学者は、まず誤差の評価や解析がどのように行われたかを理解しようとします。

KEKの野尻美保子さんもブログに書いていらっしゃいますが、今回の実験結果についての「法外な主張」に注目した日本の新聞やテレビの取り上げかたは、研究の現状からあまりにかけ離れているので、科学報道としては残念だと思いました。

　　　

改装工事

先々週の木曜日からIPMUに行っていましたが、東京にいる間は毎日忙しくしていて、ブログを更新していませんでした。先週の土曜日の飛行機でカリフォルニアに戻ってきたところです。

さて、Caltechの私の研究室では６月の後半から改装工事が始まっていました。夏休みの間は、別の場所に仮のオフィスをいただいていましたが、後１０日で完成した研究室に戻ることができるはずです。

しばらく前から研究室の改装をしたいと思っていましたが、昨年度に大学当局に予算申請をしたところ１２０万ドルの予算を付けてくださいました。

まず、秋学期の初めに設計会社の入札を始めて、書類審査を通った３社に面接をしました。どの社も、立派なプレゼンテーションをしてくださいましたが、その中で特に研究者の意見をよく聞いてくれて、しかも工事のマネージメントもしっかりしている印象を受けたフレデリック・フィッシャー＆パートナーズにお願いすることにしました。⇒ Frederick Fisher and Partners

今年の１月から本格的に設計を始めましたが、Caltechでの定期会合にはプリンシパルのフィッシャーさん自身が毎回出席してくださり、斬新なアイデアを出してくださいました。

プリンストン大学やMIT、IPMUなどに行ったときには、研究室の写真を撮って、設計の参考にしました。

理論の研究者にとっては黒板が大切なことを力説して、いろいろな大学にいる友人に黒板の使い具合について問い合わせたり、いくつかの業者に資料を請求したりしたので、フィッシャーさんは「おかげで黒板について学術論文がかけるほど詳しくなった」とおっしゃっていました。

実際の工事は、春学期の授業が終わって、セミナーなどの研究室の行事も休みになる夏学期中に行うことにしました。私自身も、夏休み中は、IPMUやアスペンに行ったり、ヨーロッパでの会議への出張もあって、ほとんどCaltechにいませんでしたが、フィシャーさんの設計会社から定期的に連絡があって、工事も問題なく進んでいました。

今日は建築現場の視察をしました。すばらしいできばえで、研究室に戻るのが楽しみです。

　　　

アスペン

アスペンの物理学センターに行って、ブログも夏休みをとっていました。アスペンの夏のプログラムに参加するのは、今回で１８回目です。

昨年から、Caltechの物理学・数学・天文学部門の副部門長になって、業務自身がそれほど増えたわけではありませんが、連絡事項が飛び込んでくるので、落ち着いて研究に取り組む時間が取りにくくなっていました。アスペンに来ている間は、これからの研究について考えたり、時間がなくて読めなかった論文を勉強したりしました。

セミナーでも、AdS/CFT対応について興味深い話をいくつか聞きましたが、まだ論文になっていないものもあるので、ここにはかけません。

コロキウムでは、トポロジカルな絶縁体についての話を、理論と実験の研究者らか２週間続けて聞きました。プリンストン大学のアリ・ヤズダニさんの話からは、実験の現場の様子がうかがえて、私には特におもしろかったです。

来年は物理学センター設立５０周年なので、すでにいろいろなイベントが予定されていて、今から楽しみです。

２週間の滞在を終えて、土曜日から２泊３日でパサデナに戻ってきました。標高２４００メートルの町から降りてきたので、高地トレーニングをしてきたように元気です。久しぶりに、大気圧で炊いたご飯をいただきました。

　　　

アウトリーチなど

この１週間は、アスペンから離れていました。

まず先週の土曜日はシリコンバレーに出かけて、Caltechの同窓会で超弦理論の話をしました。シリコンバレーを見下ろす卒業生の家に、５０名ほどの卒業生が集まりました。

ほとんどがIT関係の起業家でしたが、皆さん基礎科学にも強い興味を持っていらして、さまざまな方面から質問がありました。

その晩は、主催者の親しい友人と、最新のモレキュラー・キュジーン（分子料理？）のレストランで楽しい夕食をいただきました。

１９６１－１９６３年にファインマンがCaltechの新入生向けに行った物理学の伝説的講義に出席された方もいて、その当時の話でも盛り上がりました。

翌日の日曜日は飛行機で、成田に到着したのは月曜日の夕方。

火曜日は、サイエンス・アウトリーチの相談。

今年度は、IPMUが設立されて５年目に入るので、木曜日と金曜日には中間審査のための現地視察がありました。私も、２００７年以来のIPMUでの超弦理論の研究の成果を発表しました。

今日も、アウトリーチの相談があって、この後羽田からカリフォルニアに向かう予定です。

　　　

ヒッグス粒子

水曜日の夜にワシントンDCに行って、木曜日は朝からエネルギー省で会議。夕方の飛行機でアスペンに帰ってきました。

木曜日にはグルノーブルでヨーロッパのEurophysics高エネルギー物理学会議（EPS）が始まって、金曜日にはLHC実験の2つのグループ、ATLASとCMSのヒッグス粒子探索の報告がありました。

http://blog.vixra.org/に、実験結果をまとめたわかりやすい図があったので、お借りして下に貼ります。



これまで世界最高エネルギーの加速器だったFermilabのテバトロン実験では、ヒッグス粒子は155ー175GeVの質量にはないことがわかっていました。（1 GeVはおよそ陽子の質量です。）

また、その以前のCERNのLEP実験から、115GeV以下の領域も排除されていました。

LHCの2つの実験グループは、この領域を広げて、300－450GeVの範囲にはありそうにないことを示しました。（「ありそうもない」という言い方はあいまいですが、統計解析による結果なので、100%確実とはいえません。）

上の図で、色のついているとことが、これまでの実験でヒッグス粒子がいないことがわかった領域です。

このほかに、素粒子の標準模型の理論的な解析から、ヒッグス粒子の質量は800GeV以下でなければいけないこともわかっています。

ヒッグス粒子、追いつめられてきましたね。

さらにおもしろいことには、ALTASとCMSの両方の実験が、120-150 GeVの領域に、ヒッグス粒子が関連しているらしい現象を観測したと報告しています。まだ統計精度が高くないので、確実とはいえませんが、２つの実験が同時に同じ領域にヒッグス粒子らしいものを見つけたというのは、注目に値します。

LHC実験がさらにデータを集めて、統計精度を上げていけば、今年の終わりまでにはヒッグス粒子探索から重要な結果が得られることになるかもしれません。

　　　

アスペン物理学センター

コロラド州のアスペン物理学センターに来ています。宿のインターネットのつながりがよくないので、ブログの更新が滞りました。

私は２００３年以来このセンターの会員でしたが、先週の会員総会で理事に選出されました。

また、その後の理事会で、来年度の科学秘書官を任命され、センターの運営にさらに深くかかわることになりました。

アスペン物理学センターは、グリーンとシュワルツのアノマリー相殺機構の発見を始め、超弦理論の研究の重要な舞台となってきた研究施設で、私も毎夏来ることを楽しみにしている大切な場所です。

今後は理事として、研究活動だけでなく、行政面でも、センターの更なる発展に貢献したいと思います。

アスペンに来ると、日常生活を離れて、研究に没頭できることがありがたいです。

また、普段さまざまな大学にいる研究者たちと、気楽な雰囲気で交流できることもうれしいです。先週末には、友人の宿舎で楽しい夕食会がありました。

　　　

タフな東大生

東京大学では、濱田純一総長の『タフな東大生を育てる』というイニシアティブの一環として、教養課程の学生を対象に「グローバル時代をどう生きるか：プロフェショナルが語る新たな可能性」と題した講義シリーズが昨年度から始まりました。

毎回、海外でいろいろな活動をしている社会人が講演をするという企画です。先週には、私も講師として呼んでいただきました。

ご依頼を受けた講演の趣旨は、「グローバルに活躍する社会人の方に各々の経験を語って頂き、学生に幅広いキャリアの可能性を考えさせるためのものです」とのことでした。

「キャリアの可能性」を紹介するのにあたり、どのような講演ならば、若い学生の皆さんの役に立つのだろうかと考えました。成功例というのは、その時々の運に左右されるので、再現性がなくて役に立たないかもしれない。むしろ、私のこれまでの科学者としてのキャリアを振り返り、失敗例を分析して、それからどのような教訓が導かれるかを話すことにしました。

いろいろな話題を盛り込んだら、スライドが１４２枚になりましたが、私のスライドは密度が低いので、１時間の講演にぴったり収まりました。

講演後のアンケートでは、失敗談から教訓を引き出すかたちの話は好評だったそうで、「まさに僕たちが求めていた視点からのお話」「これまでにない切り口で新鮮」といったコメントが見られたそうです。

参加された学生の皆さんの将来に何らかの参考になれば幸いです。