Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse

ショーン・キャロル:遥かなる時間と多元宇宙の可能性

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2011-05-06 ・ TED


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ショーン・キャロル:遥かなる時間と多元宇宙の可能性

208,806 views ・ 2011-05-06

TED


下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

翻訳: Sawa Horibe 校正: Shuichi Sakai
00:15
The universe
0
15260
2000
宇宙は
00:17
is really big.
1
17260
2000
実に広大です
00:19
We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy.
2
19260
3000
私たちは銀河の1つ 天の川銀河にいます
00:22
There are about a hundred billion stars in the Milky Way Galaxy.
3
22260
3000
天の川銀河には約1千億の星があります
00:25
And if you take a camera
4
25260
2000
カメラを空のどこかに向けて
00:27
and you point it at a random part of the sky,
5
27260
2000
シャッターを
00:29
and you just keep the shutter open,
6
29260
2000
開けたままにしておくだけで
00:31
as long as your camera is attached to the Hubble Space Telescope,
7
31260
3000
カメラがハッブル宇宙望遠鏡に繋がっていればですが
00:34
it will see something like this.
8
34260
2000
このようなものが見えます
00:36
Every one of these little blobs
9
36260
3000
これらの小さな塊のそれぞれが
00:39
is a galaxy roughly the size of our Milky Way --
10
39260
2000
私たちの銀河系程の大きさの銀河で
00:41
a hundred billion stars in each of those blobs.
11
41260
3000
1つの塊ごとに1千億の星があります
00:44
There are approximately a hundred billion galaxies
12
44260
3000
観測できる限りの宇宙には
00:47
in the observable universe.
13
47260
2000
大体1千億の銀河があります
00:49
100 billion is the only number you need to know.
14
49260
2000
覚える数字は「1千億」だけです
00:51
The age of the universe, between now and the Big Bang,
15
51260
3000
ビッグバンから現在の宇宙の年齢は
00:54
is a hundred billion in dog years.
16
54260
2000
犬年齢で言う1千億年です
00:56
(Laughter)
17
56260
2000
(笑)
00:58
Which tells you something about our place in the universe.
18
58260
3000
宇宙での人間の身分が分かります
01:01
One thing you can do with a picture like this is simply admire it.
19
61260
2000
このような非常に美しい写真は
01:03
It's extremely beautiful.
20
63260
2000
見とれるだけでもかまいません
01:05
I've often wondered, what is the evolutionary pressure
21
65260
3000
銀河の写真などなかった頃に これを本当に楽しめるまで
01:08
that made our ancestors in the Veldt adapt and evolve
22
68260
3000
アフリカ南部の草原にいた私たちの祖先を順応させ
01:11
to really enjoy pictures of galaxies
23
71260
2000
進化させた進化の要因は
01:13
when they didn't have any.
24
73260
2000
何だろうとよく考えます
01:15
But we would also like to understand it.
25
75260
2000
でも同時に理解もしたいのです
01:17
As a cosmologist, I want to ask, why is the universe like this?
26
77260
4000
宇宙学者として「なぜ宇宙はこうなのだ?」と聞きたいのです
01:21
One big clue we have is that the universe is changing with time.
27
81260
3000
大きなヒントの1つは宇宙が時とともに変化していることです
01:24
If you looked at one of these galaxies and measured its velocity,
28
84260
3000
銀河の1つをとってその速度を測ると
01:27
it would be moving away from you.
29
87260
2000
私たちから遠ざかっています
01:29
And if you look at a galaxy even farther away,
30
89260
2000
さらに遠い銀河を見ると
01:31
it would be moving away faster.
31
91260
2000
もっと速く遠ざかっています
01:33
So we say the universe is expanding.
32
93260
2000
宇宙は膨張しているということです
01:35
What that means, of course, is that, in the past,
33
95260
2000
つまり 過去の銀河はお互い
01:37
things were closer together.
34
97260
2000
もっと近かったということです
01:39
In the past, the universe was more dense,
35
99260
2000
昔の宇宙は今より密度が高く
01:41
and it was also hotter.
36
101260
2000
温度も高かったのです
01:43
If you squeeze things together, the temperature goes up.
37
103260
2000
物を圧縮すると温度が上がります
01:45
That kind of makes sense to us.
38
105260
2000
これはそれなりに理解できます
01:47
The thing that doesn't make sense to us as much
39
107260
2000
あまり理解できないのは
01:49
is that the universe, at early times, near the Big Bang,
40
109260
3000
初期のビッグバンに近い頃の宇宙が
01:52
was also very, very smooth.
41
112260
2000
非常に均一的だったことです
01:54
You might think that that's not a surprise.
42
114260
2000
驚くことでないと思うかもしれません
01:56
The air in this room is very smooth.
43
116260
2000
この会場の空気はとても均一的です
01:58
You might say, "Well, maybe things just smoothed themselves out."
44
118260
3000
「物は自然に均一化するのでは」と言うかもしれません
02:01
But the conditions near the Big Bang are very, very different
45
121260
3000
でもビッグバンの頃の状態はこの会場の空気の状態とは
02:04
than the conditions of the air in this room.
46
124260
2000
非常に異なっていました
02:06
In particular, things were a lot denser.
47
126260
2000
特に物体の密度はもっと高く
02:08
The gravitational pull of things
48
128260
2000
重力が物体を引きつける働きは
02:10
was a lot stronger near the Big Bang.
49
130260
2000
ビッグバン直前はもっと強力でした
02:12
What you have to think about
50
132260
2000
考えてみてください
02:14
is we have a universe with a hundred billion galaxies,
51
134260
2000
宇宙には1千億の銀河があり
02:16
a hundred billion stars each.
52
136260
2000
それぞれ1千億の星があるのです
02:18
At early times, those hundred billion galaxies
53
138260
3000
その1千億の銀河が最初の頃は
02:21
were squeezed into a region about this big --
54
141260
3000
このくらいの大きさに圧縮されていたのです
02:24
literally -- at early times.
55
144260
2000
実際初期にはこの大きさでした
02:26
And you have to imagine doing that squeezing
56
146260
2000
その圧縮をどう行うか考えてみると
02:28
without any imperfections,
57
148260
2000
完璧でなくてはならず
02:30
without any little spots
58
150260
2000
ほんの少しでも原子の分布が
02:32
where there were a few more atoms than somewhere else.
59
152260
2000
不均等な場所があるとダメです
02:34
Because if there had been, they would have collapsed under the gravitational pull
60
154260
3000
あれば重力に引き込まれ 巨大なブラックホールと
02:37
into a huge black hole.
61
157260
2000
なっていたはずだからです
02:39
Keeping the universe very, very smooth at early times
62
159260
3000
初期の宇宙をしっかり均等に保つのは簡単ではありません
02:42
is not easy; it's a delicate arrangement.
63
162260
2000
繊細な調節が必要です
02:44
It's a clue
64
164260
2000
これは初期の宇宙が無作為に
02:46
that the early universe is not chosen randomly.
65
166260
2000
選択されたのでないことを示唆します
02:48
There is something that made it that way.
66
168260
2000
何かがそうさせたのです
02:50
We would like to know what.
67
170260
2000
それが何か知りたいのです
02:52
So part of our understanding of this was given to us by Ludwig Boltzmann,
68
172260
3000
これに対する理解の一部はオーストリアの物理学者
02:55
an Austrian physicist in the 19th century.
69
175260
3000
ルートヴィッヒ・ボルツマンが19世紀に提示しました
02:58
And Boltzmann's contribution was that he helped us understand entropy.
70
178260
3000
そしてエントロピーの理解を深めてくれました
03:01
You've heard of entropy.
71
181260
2000
エントロピーは聞いたことがありますね
03:03
It's the randomness, the disorder, the chaoticness of some systems.
72
183260
3000
ある体系における不確定さ 乱雑さ 無秩序さです
03:06
Boltzmann gave us a formula --
73
186260
2000
ボルツマンは方程式を作り―
03:08
engraved on his tombstone now --
74
188260
2000
彼の墓石に刻まれていますが―
03:10
that really quantifies what entropy is.
75
190260
2000
エントロピーを見事に数量化しました
03:12
And it's basically just saying
76
192260
2000
基本的にはエントロピーとは
03:14
that entropy is the number of ways
77
194260
2000
ある体系の構成物質を
03:16
we can rearrange the constituents of a system so that you don't notice,
78
196260
3000
マクロ的には同じに見える状態で幾通り
03:19
so that macroscopically it looks the same.
79
199260
2000
並び替えられるかです
03:21
If you have the air in this room,
80
201260
2000
この会場には空気がありますが
03:23
you don't notice each individual atom.
81
203260
3000
私たちに個々の原子は見分けられません
03:26
A low entropy configuration
82
206260
2000
低エントロピーな構造は
03:28
is one in which there's only a few arrangements that look that way.
83
208260
2000
外見がそう見える並べ方が少ないもので
03:30
A high entropy arrangement
84
210260
2000
高エントロピーの構造は
03:32
is one that there are many arrangements that look that way.
85
212260
2000
外見がそう見える並べ方が多いものです
03:34
This is a crucially important insight
86
214260
2000
これは非常に重要な見識です
03:36
because it helps us explain
87
216260
2000
熱力学第二法則の
03:38
the second law of thermodynamics --
88
218260
2000
説明に役立つからです
03:40
the law that says that entropy increases in the universe,
89
220260
3000
この法則によると 宇宙のエントロピーは増加します
03:43
or in some isolated bit of the universe.
90
223260
2000
隔離された宇宙の片隅もそうです
03:45
The reason why entropy increases
91
225260
2000
なぜ増加するかと言うと
03:47
is simply because there are many more ways
92
227260
3000
単純に 低エントロピーより高エントロピーとなる
03:50
to be high entropy than to be low entropy.
93
230260
2000
状態の方が多いからです
03:52
That's a wonderful insight,
94
232260
2000
これは素晴らしい見識ですが
03:54
but it leaves something out.
95
234260
2000
欠けているものがあります
03:56
This insight that entropy increases, by the way,
96
236260
2000
エントロピーが増加する見識は
03:58
is what's behind what we call the arrow of time,
97
238260
3000
いわゆる「時間の矢」の背景にあるものです
04:01
the difference between the past and the future.
98
241260
2000
過去と未来の違いです
04:03
Every difference that there is
99
243260
2000
過去と未来の間にある
04:05
between the past and the future
100
245260
2000
違いのすべては
04:07
is because entropy is increasing --
101
247260
2000
エントロピーの増加のため起こります
04:09
the fact that you can remember the past, but not the future.
102
249260
3000
過去を思い出せても未来は思い出せないという事実
04:12
The fact that you are born, and then you live, and then you die,
103
252260
3000
人は生まれ 生き 死ぬという事実
04:15
always in that order,
104
255260
2000
常にこの順番であること これらは
04:17
that's because entropy is increasing.
105
257260
2000
エントロピーが増加しているからです
04:19
Boltzmann explained that if you start with low entropy,
106
259260
2000
ボルツマンはエントロピーが低いものが
04:21
it's very natural for it to increase
107
261260
2000
高くなるのは全く自然だと説明しました
04:23
because there's more ways to be high entropy.
108
263260
3000
高エントロピーの形の方が多いからです
04:26
What he didn't explain
109
266260
2000
でも説明されなかったのは
04:28
was why the entropy was ever low in the first place.
110
268260
3000
エントロピーがなぜ最初の時点で低いのかということです
04:31
The fact that the entropy of the universe was low
111
271260
2000
宇宙のエントロピーが低かったのは
04:33
was a reflection of the fact
112
273260
2000
初期の宇宙が非常に
04:35
that the early universe was very, very smooth.
113
275260
2000
均一的だった事実を反映するものです
04:37
We'd like to understand that.
114
277260
2000
これを理解したいのです
04:39
That's our job as cosmologists.
115
279260
2000
それが宇宙学者の使命です
04:41
Unfortunately, it's actually not a problem
116
281260
2000
残念なことに この課題は実際
04:43
that we've been giving enough attention to.
117
283260
2000
十分に検討されているものでありません
04:45
It's not one of the first things people would say,
118
285260
2000
「取り組んでいる課題は何ですか?」と
04:47
if you asked a modern cosmologist,
119
287260
2000
近代の宇宙学者に聞いても
04:49
"What are the problems we're trying to address?"
120
289260
2000
最初に挙げられたりしません
04:51
One of the people who did understand that this was a problem
121
291260
2000
これが課題であると理解した1人は
04:53
was Richard Feynman.
122
293260
2000
リチャード・ファインマンでした
04:55
50 years ago, he gave a series of a bunch of different lectures.
123
295260
2000
50年前に様々な講座を教え
04:57
He gave the popular lectures
124
297260
2000
のちに「物理法則の特性」として
04:59
that became "The Character of Physical Law."
125
299260
2000
出版された人気の講義も教えました
05:01
He gave lectures to Caltech undergrads
126
301260
2000
Caltechの学部生向けの講義が
05:03
that became "The Feynman Lectures on Physics."
127
303260
2000
「ファインマン物理学」となったり
05:05
He gave lectures to Caltech graduate students
128
305260
2000
Caltechの院生向けの講義が
05:07
that became "The Feynman Lectures on Gravitation."
129
307260
2000
「ファインマン重力学」となりました
05:09
In every one of these books, every one of these sets of lectures,
130
309260
3000
彼はこれら全部の本と講義で
05:12
he emphasized this puzzle:
131
312260
2000
次の疑問を強調しました:
05:14
Why did the early universe have such a small entropy?
132
314260
3000
初期の宇宙のエントロピーがこれほど小さかったのはなぜだ?
05:17
So he says -- I'm not going to do the accent --
133
317260
2000
口真似はしませんが こう言いました
05:19
he says, "For some reason, the universe, at one time,
134
319260
3000
「なぜか宇宙のエントロピーは一時期
05:22
had a very low entropy for its energy content,
135
322260
3000
そのエネルギー量に対して非常に低かったのだが
05:25
and since then the entropy has increased.
136
325260
2000
その後高くなったのである
05:27
The arrow of time cannot be completely understood
137
327260
3000
宇宙の歴史の始まりの謎がさらに解かれて
05:30
until the mystery of the beginnings of the history of the universe
138
330260
3000
臆測から理解となるまで
05:33
are reduced still further
139
333260
2000
この時間の方向性を完全に
05:35
from speculation to understanding."
140
335260
2000
理解することはできない」
05:37
So that's our job.
141
337260
2000
ですからこれが私たちの使命です
05:39
We want to know -- this is 50 years ago, "Surely," you're thinking,
142
339260
2000
50年前の話ですから「さすがに
05:41
"we've figured it out by now."
143
341260
2000
もう解明しただろう」と思うでしょう
05:43
It's not true that we've figured it out by now.
144
343260
2000
でも解明していません
05:45
The reason the problem has gotten worse,
145
345260
2000
この課題は解明に近づく代わりに
05:47
rather than better,
146
347260
2000
遠ざかりました
05:49
is because in 1998
147
349260
2000
宇宙について知られていなかった
05:51
we learned something crucial about the universe that we didn't know before.
148
351260
3000
重要なことが1998年に明らかになったからです
05:54
We learned that it's accelerating.
149
354260
2000
宇宙は加速していたのです
05:56
The universe is not only expanding.
150
356260
2000
膨張だけではありませんでした
05:58
If you look at the galaxy, it's moving away.
151
358260
2000
銀河を見ると遠ざかっています
06:00
If you come back a billion years later and look at it again,
152
360260
2000
でも10億年後に再び見たら
06:02
it will be moving away faster.
153
362260
3000
もっと速く遠ざかっているのです
06:05
Individual galaxies are speeding away from us faster and faster
154
365260
3000
個々の銀河は加速して私たちから遠ざかっています
06:08
so we say the universe is accelerating.
155
368260
2000
宇宙は加速しているわけです
06:10
Unlike the low entropy of the early universe,
156
370260
2000
初期の宇宙の低エントロピーと違い
06:12
even though we don't know the answer for this,
157
372260
2000
解明はしていなくても この件には
06:14
we at least have a good theory that can explain it,
158
374260
2000
少なくとも優れた学説があり
06:16
if that theory is right,
159
376260
2000
その説が正しければ説明もつきます
06:18
and that's the theory of dark energy.
160
378260
2000
これはダークエネルギーの学説で
06:20
It's just the idea that empty space itself has energy.
161
380260
3000
何もない空間そのものにエネルギーがあるという説です
06:23
In every little cubic centimeter of space,
162
383260
3000
空間の隅々まで
06:26
whether or not there's stuff,
163
386260
2000
物質があってもなくても
06:28
whether or not there's particles, matter, radiation or whatever,
164
388260
2000
粒子 物質 放射物などの有無に限らず
06:30
there's still energy, even in the space itself.
165
390260
3000
空間そのものにエネルギーがあるということです
06:33
And this energy, according to Einstein,
166
393260
2000
アインシュタインによると
06:35
exerts a push on the universe.
167
395260
3000
このエネルギーが宇宙を押しているとのことです
06:38
It is a perpetual impulse
168
398260
2000
銀河を押し離す
06:40
that pushes galaxies apart from each other.
169
400260
2000
果てしない力積なのです
06:42
Because dark energy, unlike matter or radiation,
170
402260
3000
これはダークエネルギーは物質や放射物と違い
06:45
does not dilute away as the universe expands.
171
405260
3000
宇宙が膨張しても密度が下がらないからです
06:48
The amount of energy in each cubic centimeter
172
408260
2000
たとえ宇宙がどんどん広くなっても
06:50
remains the same,
173
410260
2000
1立方センチの空間にあるエネルギー量は
06:52
even as the universe gets bigger and bigger.
174
412260
2000
変わらないのです
06:54
This has crucial implications
175
414260
3000
これは今後宇宙がどうなるかに対して
06:57
for what the universe is going to do in the future.
176
417260
3000
重要な意味合いを持ちます
07:00
For one thing, the universe will expand forever.
177
420260
2000
まず 宇宙は永遠に膨張します
07:02
Back when I was your age,
178
422260
2000
私がみなさんの年齢だった頃は
07:04
we didn't know what the universe was going to do.
179
424260
2000
宇宙がどうなるのか分かっておらず
07:06
Some people thought that the universe would recollapse in the future.
180
426260
3000
未来には再収縮すると思う人もいました
07:09
Einstein was fond of this idea.
181
429260
2000
アインシュタインはこの考えが好きでした
07:11
But if there's dark energy, and the dark energy does not go away,
182
431260
3000
でも尽きることのないダークエネルギーがあるのなら
07:14
the universe is just going to keep expanding forever and ever and ever.
183
434260
3000
宇宙はただ永遠に膨張し続けます
07:17
14 billion years in the past,
184
437260
2000
過去は140億年
07:19
100 billion dog years,
185
439260
2000
犬年齢でも1千億年
07:21
but an infinite number of years into the future.
186
441260
3000
でも未来の年数は無限なのです
07:24
Meanwhile, for all intents and purposes,
187
444260
3000
一方 私たちからはどうしても
07:27
space looks finite to us.
188
447260
2000
宇宙には限りがあるように見えます
07:29
Space may be finite or infinite,
189
449260
2000
有限かも無限かもしれませんが
07:31
but because the universe is accelerating,
190
451260
2000
宇宙は加速しているので
07:33
there are parts of it we cannot see
191
453260
2000
今までもこれからも私たちが
07:35
and never will see.
192
455260
2000
目にすることのない部分があります
07:37
There's a finite region of space that we have access to,
193
457260
2000
宇宙で手が届くのは地平線に囲まれた
07:39
surrounded by a horizon.
194
459260
2000
限られた領域だけだからです
07:41
So even though time goes on forever,
195
461260
2000
ですから時間が永遠でも
07:43
space is limited to us.
196
463260
2000
私たちの宇宙は限られています
07:45
Finally, empty space has a temperature.
197
465260
3000
最後に 何もない空間にも温度があります
07:48
In the 1970s, Stephen Hawking told us
198
468260
2000
70年代にスティーブン・ホーキングが
07:50
that a black hole, even though you think it's black,
199
470260
2000
ブラックホールは暗黒に見えても
07:52
it actually emits radiation
200
472260
2000
量子力学を考慮すると
07:54
when you take into account quantum mechanics.
201
474260
2000
放射線を放出していると言いました
07:56
The curvature of space-time around the black hole
202
476260
3000
ブラックホール周辺の時空の歪みが
07:59
brings to life the quantum mechanical fluctuation,
203
479260
3000
量子力学的な揺らぎを生み出し
08:02
and the black hole radiates.
204
482260
2000
放射線が放出されるのです
08:04
A precisely similar calculation by Hawking and Gary Gibbons
205
484260
3000
ホーキングとゲリー・ギボンスの非常に似た計算によると
08:07
showed that if you have dark energy in empty space,
206
487260
3000
ダークエネルギーが何もない空間にあると
08:10
then the whole universe radiates.
207
490260
3000
宇宙全体が放射線を発するとのことです
08:13
The energy of empty space
208
493260
2000
何もない空間のエネルギーが
08:15
brings to life quantum fluctuations.
209
495260
2000
量子的揺らぎを引き起こすのです
08:17
And so even though the universe will last forever,
210
497260
2000
つまり宇宙が永遠に続いて
08:19
and ordinary matter and radiation will dilute away,
211
499260
3000
平凡な物質と放射線の密度が下がっても
08:22
there will always be some radiation,
212
502260
2000
一定の放射物や熱揺動は
08:24
some thermal fluctuations,
213
504260
2000
何もない空間にでも
08:26
even in empty space.
214
506260
2000
存在し続けるのです
08:28
So what this means
215
508260
2000
つまり宇宙は
08:30
is that the universe is like a box of gas
216
510260
2000
永遠に無くならない気体が入った
08:32
that lasts forever.
217
512260
2000
箱のようなものだということです
08:34
Well what is the implication of that?
218
514260
2000
だとしたらどうなるのか?
08:36
That implication was studied by Boltzmann back in the 19th century.
219
516260
3000
これついてはボルツマンが19世紀に研究しています
08:39
He said, well, entropy increases
220
519260
3000
彼は「低エントロピーより高エントロピーの方が
08:42
because there are many, many more ways
221
522260
2000
多くのバリエーションがあるから
08:44
for the universe to be high entropy, rather than low entropy.
222
524260
3000
宇宙のエントロピーは増加する」と言いました
08:47
But that's a probabilistic statement.
223
527260
3000
でもこれは確率的な話です
08:50
It will probably increase,
224
530260
2000
たぶん増加するだろうし
08:52
and the probability is enormously huge.
225
532260
2000
その確率は非常に高いので
08:54
It's not something you have to worry about --
226
534260
2000
心配することではありません
08:56
the air in this room all gathering over one part of the room and suffocating us.
227
536260
4000
会場の空気が1カ所に集まって私たちを窒息させるようなことは
09:00
It's very, very unlikely.
228
540260
2000
まずあり得ないことです
09:02
Except if they locked the doors
229
542260
2000
ただドアが閉鎖され
09:04
and kept us here literally forever,
230
544260
2000
永遠に出られないとしたら
09:06
that would happen.
231
546260
2000
いずれ起こることです
09:08
Everything that is allowed,
232
548260
2000
起こり得ることすべて
09:10
every configuration that is allowed to be obtained by the molecules in this room,
233
550260
3000
会場内の分子の構造で可能なものすべてが
09:13
would eventually be obtained.
234
553260
2000
最終的には起こるのです
09:15
So Boltzmann says, look, you could start with a universe
235
555260
3000
そこでボルツマンは「熱平衡である宇宙から始まったと
09:18
that was in thermal equilibrium.
236
558260
2000
することもできる」と言いました
09:20
He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion of the universe.
237
560260
3000
彼はビッグバンや宇宙の膨張について知りませんでした
09:23
He thought that space and time were explained by Isaac Newton --
238
563260
3000
空間と時間は ニュートンが説明した通り
09:26
they were absolute; they just stuck there forever.
239
566260
2000
不変で永遠だと思っていました
09:28
So his idea of a natural universe
240
568260
2000
ですから彼は自然界では
09:30
was one in which the air molecules were just spread out evenly everywhere --
241
570260
3000
空気の分子があらゆる場所に均等に
09:33
the everything molecules.
242
573260
2000
広がっているのだと思っていました
09:35
But if you're Boltzmann, you know that if you wait long enough,
243
575260
3000
でもボルツマンの見解では 待っていれば
09:38
the random fluctuations of those molecules
244
578260
3000
いずれこれらの分子のランダムな揺動が
09:41
will occasionally bring them
245
581260
2000
低エントロピーな状態を
09:43
into lower entropy configurations.
246
583260
2000
時々作ると分かっています
09:45
And then, of course, in the natural course of things,
247
585260
2000
もちろんその後自然に
09:47
they will expand back.
248
587260
2000
元通り広がります エントロピーが
09:49
So it's not that entropy must always increase --
249
589260
2000
常に増加する必要はなく
09:51
you can get fluctuations into lower entropy,
250
591260
3000
揺動により低エントロピーなもっと秩序ある状態に
09:54
more organized situations.
251
594260
2000
なることもあるのです
09:56
Well if that's true,
252
596260
2000
それが本当ならどうなるだろうと
09:58
Boltzmann then goes onto invent
253
598260
2000
ボルツマンは非常に近代的な
10:00
two very modern-sounding ideas --
254
600260
2000
2つのアイデアを生み出しました
10:02
the multiverse and the anthropic principle.
255
602260
3000
多元宇宙論と人間原理です
10:05
He says, the problem with thermal equilibrium
256
605260
2000
熱平衡で問題なのは この状態で
10:07
is that we can't live there.
257
607260
2000
人間は生きていけないことです
10:09
Remember, life itself depends on the arrow of time.
258
609260
3000
生命そのものが「時間の矢」に依存しているからです
10:12
We would not be able to process information,
259
612260
2000
情報を処理することも
10:14
metabolize, walk and talk,
260
614260
2000
代謝や歩いたりしゃべったりも
10:16
if we lived in thermal equilibrium.
261
616260
2000
熱平衡にいたら不可能です
10:18
So if you imagine a very, very big universe,
262
618260
2000
もし非常に広大な宇宙があり
10:20
an infinitely big universe,
263
620260
2000
その無限に広がる宇宙で粒子が
10:22
with randomly bumping into each other particles,
264
622260
2000
ランダムにぶつかり合っているなら
10:24
there will occasionally be small fluctuations in the lower entropy states,
265
624260
3000
低エントロピー状態への小さな揺動と復元は
10:27
and then they relax back.
266
627260
2000
時々起こります
10:29
But there will also be large fluctuations.
267
629260
2000
でも大きな揺動もあります
10:31
Occasionally, you will make a planet
268
631260
2000
まれに惑星を作ったり
10:33
or a star or a galaxy
269
633260
2000
恒星や銀河や
10:35
or a hundred billion galaxies.
270
635260
2000
1千億の銀河を作ったりします
10:37
So Boltzmann says,
271
637260
2000
そこでボルツマンは
10:39
we will only live in the part of the multiverse,
272
639260
3000
我々は多元宇宙の一部で生きているのだと言いました
10:42
in the part of this infinitely big set of fluctuating particles,
273
642260
3000
揺動する粒子がある非常に広い領域の中で
10:45
where life is possible.
274
645260
2000
生命が存在できる部分 つまり
10:47
That's the region where entropy is low.
275
647260
2000
エントロピーが低い領域です
10:49
Maybe our universe is just one of those things
276
649260
3000
私たちの宇宙は たまに起こる現象の
10:52
that happens from time to time.
277
652260
2000
1つなのかもしれません
10:54
Now your homework assignment
278
654260
2000
ここで皆さんへの宿題は
10:56
is to really think about this, to contemplate what it means.
279
656260
2000
これが何を意味するか熟考することです
10:58
Carl Sagan once famously said
280
658260
2000
カール・セーガンが
11:00
that "in order to make an apple pie,
281
660260
2000
「アップルパイを作るには
11:02
you must first invent the universe."
282
662260
3000
まず宇宙の創造が必要だ」と言ったのは有名です
11:05
But he was not right.
283
665260
2000
でもそれは違います
11:07
In Boltzmann's scenario, if you want to make an apple pie,
284
667260
3000
ボルツマンの説だと アップルパイを作りたければ
11:10
you just wait for the random motion of atoms
285
670260
3000
原子のランダムな動きがアップルパイを作るのを
11:13
to make you an apple pie.
286
673260
2000
待てばいいだけとなります
11:15
That will happen much more frequently
287
675260
2000
こうなる確率の方が
11:17
than the random motions of atoms
288
677260
2000
原子がランダムに動いて
11:19
making you an apple orchard
289
679260
2000
りんご林を作り
11:21
and some sugar and an oven,
290
681260
2000
砂糖やオーブンを作って
11:23
and then making you an apple pie.
291
683260
2000
アップルパイを作るより高いのです
11:25
So this scenario makes predictions.
292
685260
3000
ですからこの見方から予測ができます
11:28
And the predictions are
293
688260
2000
その予測はと言うと
11:30
that the fluctuations that make us are minimal.
294
690260
3000
私たちは最小の揺動によってを創られたということです
11:33
Even if you imagine that this room we are in now
295
693260
3000
たとえ皆さんがこの会場は本当に存在し
11:36
exists and is real and here we are,
296
696260
2000
自分たちも存在すると思っていて
11:38
and we have, not only our memories,
297
698260
2000
外にはCaltechがあり米国があり
11:40
but our impression that outside there's something
298
700260
2000
天の川銀河というものがあるという
11:42
called Caltech and the United States and the Milky Way Galaxy,
299
702260
4000
記憶のみならず印象を持っていても
11:46
it's much easier for all those impressions to randomly fluctuate into your brain
300
706260
3000
これらのイメージがランダムに皆さんの脳で起こる方が
11:49
than for them actually to randomly fluctuate
301
709260
2000
原子がランダムに揺動して
11:51
into Caltech, the United States and the galaxy.
302
711260
3000
Caltechや米国や銀河系を作るより簡単なのです
11:54
The good news is that,
303
714260
2000
つまりありがたいことに
11:56
therefore, this scenario does not work; it is not right.
304
716260
3000
この理論はおかしいわけです 正しくないのです
11:59
This scenario predicts that we should be a minimal fluctuation.
305
719260
3000
この説によると私たちは最小の揺動でなくてはならないのです
12:02
Even if you left our galaxy out,
306
722260
2000
私たちの銀河系が例外だったとしても
12:04
you would not get a hundred billion other galaxies.
307
724260
2000
1千億の他の銀河はあり得ないのです
12:06
And Feynman also understood this.
308
726260
2000
ファインマンもこれを理解していました
12:08
Feynman says, "From the hypothesis that the world is a fluctuation,
309
728260
4000
彼は言いました 「世界は揺動によるものだという仮説を立てて
12:12
all the predictions are that
310
732260
2000
得られる予測によれば
12:14
if we look at a part of the world we've never seen before,
311
734260
2000
世界の未知の部分に目を向けたら
12:16
we will find it mixed up, and not like the piece we've just looked at --
312
736260
2000
そこに見えるものとは違う
12:18
high entropy.
313
738260
2000
高エントロピーな混沌状態があるはずだ」
12:20
If our order were due to a fluctuation,
314
740260
2000
「我々の秩序が揺動によるものなら
12:22
we would not expect order anywhere but where we have just noticed it.
315
742260
2000
既に見られる以外の秩序は想定できない
12:24
We therefore conclude the universe is not a fluctuation."
316
744260
4000
よって 宇宙は揺動によるものではないと結論できる」
12:28
So that's good. The question is then what is the right answer?
317
748260
3000
それは分かりました では正しい答えは何なのか?
12:31
If the universe is not a fluctuation,
318
751260
2000
宇宙が揺動によるものでないなら
12:33
why did the early universe have a low entropy?
319
753260
3000
宇宙の初期はなぜ低エントロピーだったのか?
12:36
And I would love to tell you the answer, but I'm running out of time.
320
756260
3000
お答えしたいのですが時間がありません
12:39
(Laughter)
321
759260
2000
(笑)
12:41
Here is the universe that we tell you about,
322
761260
2000
説明されている宇宙に対し
12:43
versus the universe that really exists.
323
763260
2000
実際に存在する宇宙はこうです
12:45
I just showed you this picture.
324
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2000
この図は見せましたね
12:47
The universe is expanding for the last 10 billion years or so.
325
767260
2000
100億年間 宇宙は膨張してきて
12:49
It's cooling off.
326
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2000
冷却しつつあります
12:51
But we now know enough about the future of the universe
327
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2000
でも宇宙の未来について分かってきて
12:53
to say a lot more.
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2000
もっと説明できます
12:55
If the dark energy remains around,
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2000
ダークエネルギーが存続すれば
12:57
the stars around us will use up their nuclear fuel, they will stop burning.
330
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3000
恒星は核エネルギーを使い尽くして燃焼を止め
13:00
They will fall into black holes.
331
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2000
ブラックホールに呑み込まれます
13:02
We will live in a universe
332
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2000
ブラックホール以外何もない
13:04
with nothing in it but black holes.
333
784260
2000
そんな宇宙に住むことになります
13:06
That universe will last 10 to the 100 years --
334
786260
4000
この宇宙は10の100乗年間続きます
13:10
a lot longer than our little universe has lived.
335
790260
2000
今までの歴史よりずっと長く続きます
13:12
The future is much longer than the past.
336
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2000
未来は過去よりもっと長いのです
13:14
But even black holes don't last forever.
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794260
2000
でもブラックホールも永遠でなく
13:16
They will evaporate,
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796260
2000
蒸発して
13:18
and we will be left with nothing but empty space.
339
798260
2000
何もない空間だけが残ります
13:20
That empty space lasts essentially forever.
340
800260
4000
この何もない空間は基本的に永遠に続きます
13:24
However, you notice, since empty space gives off radiation,
341
804260
3000
でもお気づきのように何もない空間は放射物を発し
13:27
there's actually thermal fluctuations,
342
807260
2000
実際に熱揺動があります
13:29
and it cycles around
343
809260
2000
そして何もない空間の
13:31
all the different possible combinations
344
811260
2000
自由度内で可能な
13:33
of the degrees of freedom that exist in empty space.
345
813260
3000
全ての組み合わせを繰り返すのです
13:36
So even though the universe lasts forever,
346
816260
2000
つまり永遠であっても
13:38
there's only a finite number of things
347
818260
2000
宇宙で起こりうることの
13:40
that can possibly happen in the universe.
348
820260
2000
数は限られているわけです
13:42
They all happen over a period of time
349
822260
2000
10の10乗の120乗年の間に
13:44
equal to 10 to the 10 to the 120 years.
350
824260
3000
すべてのことが起こります
13:47
So here's two questions for you.
351
827260
2000
そこで2つ問題です
13:49
Number one: If the universe lasts for 10 to the 10 to the 120 years,
352
829260
3000
問1:宇宙が10の10乗の120乗年続くのなら
13:52
why are we born
353
832260
2000
なぜ私たちは最初の140億年の
13:54
in the first 14 billion years of it,
354
834260
3000
ビッグバンの残光のある
13:57
in the warm, comfortable afterglow of the Big Bang?
355
837260
3000
暖かい快適な環境に生まれたのか?
14:00
Why aren't we in empty space?
356
840260
2000
なぜ何もない空間にいないのか?
14:02
You might say, "Well there's nothing there to be living,"
357
842260
2000
「生命があり得ないから」と
14:04
but that's not right.
358
844260
2000
言うかもしれませんが違います
14:06
You could be a random fluctuation out of the nothingness.
359
846260
2000
無から生まれた揺動であり得るのに
14:08
Why aren't you?
360
848260
2000
皆さんがそうでないのはなぜ?
14:10
More homework assignment for you.
361
850260
3000
これも宿題です
14:13
So like I said, I don't actually know the answer.
362
853260
2000
ですから私にも答えは分かりません
14:15
I'm going to give you my favorite scenario.
363
855260
2000
私の気に入っている仮説を挙げます
14:17
Either it's just like that. There is no explanation.
364
857260
3000
「これはただこういうもので 説明はできない
14:20
This is a brute fact about the universe
365
860260
2000
これは宇宙の単なる真実だから
14:22
that you should learn to accept and stop asking questions.
366
862260
3000
ただ受け入れて疑問を持つのはやめるべき」
14:26
Or maybe the Big Bang
367
866260
2000
または 「ビッグバンは
14:28
is not the beginning of the universe.
368
868260
2000
宇宙の始まりではないかも」です
14:30
An egg, an unbroken egg, is a low entropy configuration,
369
870260
3000
割れてない卵は低エントロピーな構造です
14:33
and yet, when we open our refrigerator,
370
873260
2000
でも冷蔵庫を開けて
14:35
we do not go, "Hah, how surprising to find
371
875260
2000
「こんな低エントロピーなものが
14:37
this low entropy configuration in our refrigerator."
372
877260
2000
冷蔵庫にあるなんて!」とは言いません
14:39
That's because an egg is not a closed system;
373
879260
3000
これは卵が閉鎖系でないからです
14:42
it comes out of a chicken.
374
882260
2000
ニワトリが卵を産むからです
14:44
Maybe the universe comes out of a universal chicken.
375
884260
4000
宇宙も宇宙版のニワトリから生まれるのかもしれません
14:48
Maybe there is something that naturally,
376
888260
2000
私たちの宇宙を
14:50
through the growth of the laws of physics,
377
890260
3000
低エントロピーな形で産むような
14:53
gives rise to universe like ours
378
893260
2000
物理の法則に則った
14:55
in low entropy configurations.
379
895260
2000
自然な何かがあるのかもしれません
14:57
If that's true, it would happen more than once;
380
897260
2000
もしそうなら何回も起こっている筈で
14:59
we would be part of a much bigger multiverse.
381
899260
3000
私たちはもっと大きな多元宇宙の一部なわけです
15:02
That's my favorite scenario.
382
902260
2000
これが私の好きな説です
15:04
So the organizers asked me to end with a bold speculation.
383
904260
3000
主催者に大胆な推測で締めくくるよう言われましたが
15:07
My bold speculation
384
907260
2000
私の大胆な推測は
15:09
is that I will be absolutely vindicated by history.
385
909260
3000
「歴史が私の仮説を完全に立証するだろう」です
15:12
And 50 years from now,
386
912260
2000
そして50年後には
15:14
all of my current wild ideas will be accepted as truths
387
914260
3000
私の現在の突飛なアイデアが事実として
15:17
by the scientific and external communities.
388
917260
3000
科学やその他の分野で認められているということです
15:20
We will all believe that our little universe
389
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2000
人々は私たちの小さな宇宙は
15:22
is just a small part of a much larger multiverse.
390
922260
3000
より大きな多元宇宙のほんの一部だと認めるでしょう
15:25
And even better, we will understand what happened at the Big Bang
391
925260
3000
さらにはビッグバンで何が起こったか
15:28
in terms of a theory
392
928260
2000
理論として理解し 観察との比較が
15:30
that we will be able to compare to observations.
393
930260
2000
できるようになるでしょう
15:32
This is a prediction. I might be wrong.
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932260
2000
これは予測で間違っているかもしれません
15:34
But we've been thinking as a human race
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2000
でも私たちは人類として
15:36
about what the universe was like,
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936260
2000
宇宙がどんなものか
15:38
why it came to be in the way it did for many, many years.
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どうしてこうなったのか 長い間考えてきました
15:41
It's exciting to think we may finally know the answer someday.
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いつか答えが分かるかもしれないと思うとワクワクします
15:44
Thank you.
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2000
ありがとう
15:46
(Applause)
400
946260
2000
(拍手)
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