スティーブン・ホーキング
ホーキング、宇宙を語る
早川書房 1989
ISBN:4152034017
Stephen Hawking
A Brief History of Time 1988
[訳]林一

 その男は小さかった。有楽町マリオンは超満員だった。ぼくはそんな日にかぎって必ず介入してくるちょっとした都合で、そこへ遅れて入った。一番後ろに立った。
 ステージの中央でスティーヴン・ホーキングが特殊な車椅子にへたばるようにして奇妙な人工音声を発していた。いったいどこから響いているのか。ホーキングは車椅子、というよりも精密きわまりない個人用ヴィークルといったほうがよさそうなのだが、その構造に体を海老のように斜めに寄せ倒しながら、世界で唯一のキーボードを打っているように見えた。それがどこにもアリバイのない機械のような声になり、会場に響いていた。その人工音声化した英語を、さらに木幡和枝がイヤホンで日本語に通訳していた。ぼくは立ち尽くしたまま聞き入った。いや、茫然と眺めていた。
 ゆっくり、ゆっくりと宇宙仮説が解読されていった。衝撃的だった。この遠くのステージで何かをしている生き物が現代科学の最終目標のひとつである「全宇宙を記述する単一の理論」にただ一人敢然と挑戦しているのかと思うと、胸が熱くなった。
 
 ホーキングが試みてきたことは、宇宙総体の大きさにかかわる尺度の構造をあらわす相対性理論と、極度に小さい尺度の現象をあらわす量子力学とを組み合わせて、これまで誰もが成功していない理論、すなわち量子重力理論を提出することにあった。
 今日の科学では、相対性理論と量子力学の両方のすべてが正しいということは、ありえない。どちらかが完全にまちがっているなどということも、ありえない。そこで両者をとりこんだ理論が要請される。これがアインシュタインの晩年このかた追究されてきた大統一理論(Grand Unified Theory)というものだ。それは仮に「重力の量子論」であろうというふうに言われてきた。まだ誰もその理論を完成させてはいないのだが、つくる前から、そのような理論は根本的な矛盾に見舞われるだろうという予想もついていた。
 なぜなら、もし完全な大統一理論(GUT)ができるとすると、そこにはわれわれの行為もたぶん決定されていることになるはずで、そうだとすれば、この理論を探究して得られる結論や結果はこの理論自体が内包しているものだということになり、この理論への到達が不可能になるからである。
 ホーキングが最初に着手したのは、この根本的な矛盾から脱出することだった。それは次のような、どこか過剰に自尊に満ちたものだった。
 自己増殖する有機体のどんな集団であれ、そのなかの個体がもっている遺伝材料と生育状態には変化の幅がある。このことはある個体が他の個体よりも上手にまわりの世界に対する正しい結論を引き出しうることを意味する。このような個体は生き残って繁殖する見込みが大きいから、やがてはその行動と思考のパターンがまわりの世界を記述するに足りるところまで成熟することが考えられる。そうだとすれば統一理論としての量子重力理論は、そのような行動と思考の究極的なしくみにもとづきさえすれば、きっと生まれるはずのものなのである……。
 
 本書の著述(といっても、「リヴィングセンター」という専用コンピュータプログラムとスピーチプラス社が特別設計した音声合成装置による組み合わせの記号が、さらに何人かの手をへて英語になったもの)は、最初はアインシュタインの相対性理論とハイゼンベルクの不確定性原理とビッグバン理論についてのユニークな解説になっているのだが、一六〇ページをすぎるころから、しだいに佳境に入っていく。
 宇宙の大局には相対性理論が適用できるが、そこには不確定性原理は入っていない。けれどもこれは一緒に考えるべきであるとホーキングは断言する。では、そこをどう考えればいいのか。そのことを求めてホーキングはゆるぎない自信をもって仮説の渦中に入る。その矢先、こういう決意がのべられる。「われわれが存在するがゆえに、われわれは宇宙がこのようなかたちであることを知る」。
 ホーキングはまず宇宙インフレーション理論の限界を指摘する。ついで「泡宇宙」の問題を整理する。
 泡宇宙というのは、宇宙には相転移(phase transition)がおこりうるのだが、そこには破れた対称性による“泡”のような現象が古い相のなかに生じることがあるというもので、アラン・グースらが言い出した。そういう泡が集まったものが泡宇宙である。しかし、宇宙があまりにも高速で膨張していると、泡がたとえ光速で成長しても互いに離れてしまって“合体”がおこりにくいのではないかとホーキングは考えた。実際にも宇宙の一部の領域には異なる力のあいだの対称性が残響しているはずなのに、それは見えないからである。
 ついでアンドレイ・リンデらの「新インフレーション理論」の限界を説明する。新インフレーション理論というのは「緩慢な対称性の破れ」という卓抜なアイディアにもとづいたものだが、へたをすると泡のほうが宇宙より大きくなるか、バックグラウンド輻射に大きなゆらぎがあることになるという欠陥がある。そこでリンデもカオス的インフレーションによる仮説にとりくんだ。
 これには相転移や過冷却がないかわりにスピン0の場が入っている。ホーキングはこのことには半ば賛意を示した。宇宙がきわめて多様に異なった初期配置から生じただろうという仮説がもっともなことに見えるからだった。しかしまだ不満なところがいろいろあった。
 こうしてホーキングはロジャー・ペンローズとともに証明した有名な特異点定理を持ち出し、これによって現状の宇宙論に修正を加えていくことにした。

 特異点定理(singularity theorem)は「時間のはじまり」が無限大の密度と時空歪曲率によって生じた特異点だったのではないかというもので、一世を風靡した。わかりやすくいえばビッグバンそのものが特異点なのである。ここからホーキングは量子重力効果が大きくなればなるほど重力場が強くなるという可能性を導き出していく。
 けれども試算してみると、なかなかうまく進まない。アインシュタインが懸念したように、やはり量子力学と重力の相性が悪いのだ。そこでひらめいたのが虚時間の導入である。虚時間(imaginary time)は実時間に対して設定された数学的概念で、ヘルマン・ミンコフスキーの時空幾何学のころから便法のようにつかわれていた。それをファインマンの経歴総和法(経路積分法)をヒントに試してみた。やってみるといろいろおもしろい。時間と空間の区別がまったくなくなるし、その大きさは有限ではあるけれど無境界になる。これはいけるというので、組み立てが始まった。
 虚時間とはいえ、時間を0まで戻すのでは宇宙に「無」が入ってしまうため(アレキサンダー・ビレンキンの仮説)、それ以前、すなわち0以前まで考えられるように発想した。これでだいたいの概観がつかめた。まとめると、こういうふうになる。
 
 宇宙はほぼ一〇〇億年ないしは二〇〇億年前には最小の大きさで、そこでは虚時間の経歴の半径は最大だったにちがいない。そこは有限であるが境界がなく、したがって特異点はなかった。やがて宇宙に実時間が動きだし、そこからカオス的なインフレーションによる急速な膨張がおこっていく。ついで宇宙は再崩壊を避けられる臨界速度にごく近い速度で膨張し、きわめて長い期間再崩壊をおこさなくなった。
 ただし、これではまだホーキングのヴィジョンはおさまらない。宇宙の片隅になぜ知的生命が偶発的に発現したかがわからない。それがわからないと、なぜ人間が考える宇宙の全貌がこのようなものになってきたかという最後の説明の辻褄があわない。
 ホーキングは本書の最後で、この問題を説明する。実は時間の矢には三つの種類があったのではないかと仮説する。第一の矢は「宇宙が膨張する方向に進む時間の矢」だ。第二の矢は「無秩序を増大させる熱力学的な時間の矢」、いいかえればエントロピーの矢だ。そして第三のものは「われわれが未来ではなく過去を憶えている方向にある時間の矢」というものだ。第二の矢と第三の矢はほぼ重なって動いている。
 もし、時間の矢がこのようになっているとすれば、宇宙の膨張は無秩序の増大をひきおこしているのではなく、むしろ無境界条件が無秩序を増大させたのだということになる。そして、宇宙における知的生命は宇宙の膨張期だけに出現するということになる。それなら、われわれが宇宙をこのように見てきたという理由にもおおざっぱな蓋然的説明がつくことになる……。

 ホーキングはオックスフォードを首席で卒業し、ケンブリッジの大学院に進んだところで筋萎縮性側索硬化症(ALS)にかかり、あと数年の命だと宣告された。なんとか一命をとりとめたが、今度は一九八五年に重度の肺炎に襲われて気管切開手術をし、意思伝達がほとんど不可能になった。
 本書にはこのホーキングを襲った事態の前後の経緯についても冒頭で説明がある。なぜなら、本書はこの激変以前に執筆に入っていたからである。このときホーキングを救ったのが学生のブライアン・ホイットだった。ホイットはワーズプラス社が開発した「リヴィングセンター」とよばれるコンピュータプログラムをホーキング用につくりあげ、スピーチプラス社の音声合成装置を加工した。もう一人、デイヴィッド・メイスンがこうした一連の装置と車椅子を合体していった。一挙的な仕事だったという。
 本書を読むと、こうした絶体絶命の危機回避が、ホーキングの理論形成上で何度もおこっていることが伝わってくる。早くから“アインシュタインの再来”とよばれたこの天才は、まことに多くの科学者たちとの水際だったコラボレーションをなしとげてきたのである。本書を読む愉しみは、この科学的共同思考のドラマを“観劇”するということにある。

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