[人間原理と宇宙論] 宇宙論の新書シリーズその3 - 『宇宙はなぜこのような宇宙なのか』（青木薫）

著者の青木薫さんは、1956年生まれ、京都大学大学院理学部博士課程修了、専門は理論物理学。翻訳家です。

「人間原理」というやや宗教じみた考え方に抵抗のある科学者は少なくありません。

冒頭に記しているように、筆者自らも人間原理に対して、はじめは懐疑的であったのが、今では通れない重要なテーマとして認めるようになったそうです。

本書は、人間と宇宙の結びつきを、歴史の経緯を交えながら冷静かつ丁寧に解説しています。

2. 曜日の順序

いきなり宇宙論には関係ないのですが。。。

1週間の曜日「月火水木金土日」の順序はどのように決まっているのか？

これ、答えられる人は意外と少ないと思います（私も知りませんでした）。

一説によると、カルデア人（紀元前7~6世紀ごろに、現在のイラク南部に新バビロニア国を建てた民族）によって決められたそうです。

当時知られていた５つの惑星（水星、金星、火星、木星、土星）に、太陽および月を加えた七つの天体を「惑星」とし、地球から遠い順に、土、木、火、日、金、水、月、という順番に並んでいるものとします。

あとは、惑星を下の表のように24の時間に順番に割り当てていき、1日の最初の1時間を支配する惑星の名前を曜日にします。

すると、1週間の曜日の順序は「月火水木金土日」となります。

ちょっとした豆知識ですね。

もうひとつ、直接宇宙論には関係が薄いネタで恐縮ですが、版画家エッシャーの『サークルッリミットIV（天国と地獄）』という作品は、閉じた世界での無限という世界を象徴しています。

天使と悪魔がなかなか見事に相互補完的にデザインされていますね。

閉じた世界での無限というのは、一般相対性理論の基礎となる非ユークリッド幾何学（リーマン幾何学）に通じるものがあります。

いよいよ本題です。

もし、物理定数が今の値でなかったら、宇宙の姿はガラリと変わってしまい、我々のような知的生命体が出現する機会もなかったというのは、『不自然な宇宙』（シリーズその1）や『宇宙の果てになにがあるのか』（シリーズその2）でも解説されていました。

「定常宇宙論」を提唱したイギリスのハーマン・ボンディは、素粒子を扱うミクロスケールの物理学と、宇宙スケールの物理学の間に何か関連性がないかと探り、以下の７つの物理定数を組み合わせて３つの無次元量（単位をもたない定数）を導き出しました。

７つの物理定数

1. 電子の電荷
2. 電子の質量
3. 陽子の質量
4. 重力定数
5. 光の速度
6. 宇宙の物質の平均密度
7. ハッブル定数

３つの無次元量

すると、その定数すべてにたまたま10⁴⁰というとてつもなく大きな数字が共通して現れたのです。

ボンディは、ミクロな世界と宇宙スケールの世界との間に、何か深い結びつきがあるのではと考えました。

ボンディの導き出した”たまたま” 10⁴⁰というコインシデンスから、人間原理を初めて表舞台に持ち出したのは、ケンブリッジ大学の物理学者ブランドン・カーターでした。

ブランドン・カーターが指摘したのは、「弱い人間原理」と「強い人間原理」でした。

「弱い人間原理」とは、宇宙の膨張速度を表すハッブル定数と、重力の強さを表す量との比に、巨大数 10⁴⁰が現れることです。

ハッブル定数は、宇宙の膨張速度、すなわち宇宙の年齢と関係します。

つまり、宇宙の年齢には、ある程度の制約が定められているという事実　ー　宇宙は人類が存在している今より若すぎても年を取り過ぎてもいけない　ー　という衝撃の事実です。

物理法則は、人間とゴキブリ（3億年前から生息）を区別しないはず。。。

にも関わらず、物理定数から導き出したコインシデンスは、明らかに、知的生命体としての人類が存在している時期と（ある程度の粒度で）関係しているということです。

次に、論争の火種となっている「強い人間原理」ですが、陽子の個数（宇宙全体の物質量）と関係しており、その数量によって、時間とともに宇宙が収縮するのか、膨張を続けるのか、膨張が加速するのかが決まります。

陽子の個数（宇宙全体の物質量）は、人間のような知的生命体が誕生するために必要な「宇宙の寿命」まで宇宙が収縮も膨張加速もしないように定められているのです。

詳しくは、『宇宙は無限か有限か』（シリーズその5）で解説されていますが、物理定数が、人間という生命体が誕生するのに最適な値に定められているのはなぜなのでしょうか？

人間原理から導き出されるのは、

という、まさにパラダイムシフト的な発想が生まれました。

ここから、本書の主題は、『不自然な宇宙』（シリーズその1）のマルチバースに繋がります。

ここでちょっと面白いエピソードが紹介されています。

ビッグバン直前のインフレーション理論では、宇宙空間が指数関数的に膨張するのですが、その「指数関数的に膨張」の凄まじさを実感できる話が以下です。

豊臣秀吉が、新左衛門という家臣に対して褒美をやるという話で、新左衛門が、

「お米を一粒いただきたい、ただし今日は1粒、明日は2粒、明後日は4粒、という具合に倍々にして100日間だけいただきたい」

というのでした。

1粒の米が倍々になって100日後にどれほどの量になるか計算すると、なんと、米粒の合計は1267650600228229401406703205373杯となり、どんぶり1杯5000粒として、ひとり1日どんぶり3杯のごはんを食べるとすると、地球の人口70億人が、33兆年！食べていけるほどの量になります。

インフレーションで膨張した宇宙のサイズの凄まじさも同様に、人間のDNA分子が銀河系のサイズになるほどの膨張でした。

このようなインフレーションとビッグバンですが、宇宙で一度きり起きたことというよりは、「禁止されていること以外はすべて強制される」という量子論の考え方に乗っ取って、何度でも起こり得ることになります。

ちなみに、

アインシュタインが、空間を閉じさせるために導入した宇宙定数（λ項）のエピソードは有名です。

1998年になって、宇宙の膨張が加速しているという事実が観測されると、この宇宙定数（λ項）はゼロではないことが決定的となりました。

ノーベル物理学賞受賞者のスティーブン・ワインバークが、

と予言したのですが、その後の超新星の観測結果から正しいことが証明されました。

そして、人間原理を決定的に重要にしたのが、他でもない「超ひも理論」でした。

超ひも理論については、以前のブログ記事（【宇宙は本当にひとつなのか】村山博士の著書と科学番組「コズミックフロント」の新宇宙論）から引用します。

超ひも理論では、私たちが素粒子だと思っていたものは、実は振動して広がっているひもなのです。


超ひも理論を使うと、量子力学と相対性理論の統合が説明できます。また、ブラックホールの特異点を説明できるそうです。

超ひも理論に関連した理論で、6次元空間というものがあります。

この世の中は超ミクロの世界では6次元空間に複雑に折りたたまれたカラビ・ヤウ多面体という非常に複雑な形状をしているとの説です。

カラビ・ヤウ多面体では10次元説もあり、空間の9次元と時間の1次元、計10次元の時空で構成されているとされます。

このうち、我々が認識できるのは3次元の空間と時間の1次元だけだ。残りの6次元（余剰次元）はどうなっているのかといえば、小さく折りたたまれて「コンパクト化」されていると考えられている。それがどのような形をしているのかというと、カラビ・ヤウ多面体の形をしていると予測されています。

（引用おわり）

超ひも理論から出てくる宇宙の種類は、なんと、10⁵⁰⁰を下らないという途方もない数になります。

終章で著者は、

「なぜ、今までこの宇宙だけを宇宙と思い込んでいたのだろう？」

「わたしはこの宇宙の唯一性を、もはや信じる気にはなれないのである」

と締めくくっています。

かつては人間原理を毛嫌いしていた著者が、今では人間原理に大いなる興味を抱いているというのも面白いですが、本書の魅力は、まさに、著者が人間原理に真正面から取り組んでいる姿勢だと思います。

一般書として読みやすいように工夫しているのは、さすが翻訳家だなと感心しました。

本書『宇宙はなぜこのような宇宙なのか』は、人間原理について深く知りたい人に強くおススメします。

[宇宙はひとつだけではない] 宇宙論に関する新書シリーズその1 - 『不自然な宇宙』（須藤靖）