Have we reached the end of physics? | Harry Cliff

翻訳: Yasushi Aoki 校正: Misaki Sato

A hundred years ago this month, a 36-year-old Albert Einstein

100年前の今月 36歳のアルベルト・アインシュタインは

stood up in front of the Prussian Academy of Sciences in Berlin

ベルリンにある プロイセン科学アカデミーで

to present a radical new theory of space, time and gravity:

空間と時間と重力に関する 画期的な理論を発表しました

the general theory of relativity.

一般相対性理論です

General relativity is unquestionably Einstein's masterpiece,

一般相対性理論は疑いなく アインシュタインの最高傑作で

a theory which reveals the workings of the universe at the grandest scales,

大きなスケールでの 宇宙の仕組みを明らかにし

capturing in one beautiful line of algebra

１行の美しい方程式によって

everything from why apples fall from trees to the beginning of time and space.

リンゴが木から落ちる理由から 時空間の始まりまで説明します

1915 must have been an exciting year to be a physicist.

1915年は物理学者にとって エキサイティングな年だったに違いありません

Two new ideas were turning the subject on its head.

２つの新しいアイデアが 世界の見方を一新しました

One was Einstein's theory of relativity,

１つは アインシュタインの 相対性理論で

the other was arguably even more revolutionary:

もう１つは さらに革命的とも言える

quantum mechanics,

量子力学です

a mind-meltingly strange yet stunningly successful new way

頭がおかしくなりそうなくらい 奇妙でありながら

of understanding the microworld, the world of atoms and particles.

原子や素粒子のなすミクロの世界が 驚くほどうまく説明できます

Over the last century, these two ideas have utterly transformed

この１世紀の間に この２つのアイデアは

宇宙に関する私たちの理解を すっかり変えました

our understanding of the universe.

It's thanks to relativity and quantum mechanics

宇宙が何でできていて どのように始まり

that we've learned what the universe is made from,

どう進化しているのか 私たちが知っているのも

how it began and how it continues to evolve.

相対性理論と 量子力学のお陰です

A hundred years on, we now find ourselves at another turning point in physics,

100年経った今 私たちは物理学における 別の転換点に差し掛かっていますが

but what's at stake now is rather different.

様相が異なっています

The next few years may tell us whether we'll be able

この先数年で結果が 出るかもしれません

to continue to increase our understanding of nature,

果たして私たちは自然についての理解を 広げ続けていくことができるのか

or whether maybe for the first time in the history of science,

それとも科学の歴史で初めて

we could be facing questions that we cannot answer,

答えることの出来ない問に 直面することになるのか

not because we don't have the brains or technology,

知恵や技術が 足りないからではなく

but because the laws of physics themselves forbid it.

物理法則がそれを 認めないためにです

This is the essential problem: the universe is far, far too interesting.

問題の要点は 宇宙が面白すぎるということです

Relativity and quantum mechanics appear to suggest

相対性理論と 量子力学によれば

that the universe should be a boring place.

宇宙はもっと退屈な場所で あるはずなんです

It should be dark, lethal and lifeless.

暗く 命を寄せ付けない 死んだ世界です

But when we look around us, we see we live in a universe full of interesting stuff,

しかし周りを見渡してみると 私たちが生きている宇宙は面白いものに溢れています

full of stars, planets, trees, squirrels.

満天の星々 惑星 木々 リス

The question is, ultimately,

疑問は なぜこんな面白いものが

why does all this interesting stuff exist?

存在しているのか ということです

Why is there something rather than nothing?

なぜ無ではなく 物の存在があるのか？

This contradiction is the most pressing problem in fundamental physics,

この矛盾は 基礎物理学において 最も差し迫った問題で

and in the next few years, we may find out whether we'll ever be able to solve it.

私たちに この問題を解くことができるのか 今後数年で 答えが出るかもしれません

At the heart of this problem are two numbers,

この問題の中心には ２つの数値があります

two extremely dangerous numbers.

とても危険な数値です

These are properties of the universe that we can measure,

それは宇宙の性質を示す 測定可能な値で

and they're extremely dangerous

危険だというのは

because if they were different, even by a tiny bit,

それがほんのわずかでも 違っていたなら

then the universe as we know it would not exist.

我々の知る宇宙は 存在しないからです

The first of these numbers is associated with the discovery that was made

２つの数値の１つは この会場からすぐ近くにある

CERNで発見されたことに 関係しています

a few kilometers from this hall, at CERN, home of this machine,

CERNには この 人類が作り上げた 最大の科学装置があります

the largest scientific device ever built by the human race,

大型ハドロン衝突型加速器(LHC)です

the Large Hadron Collider.

The LHC whizzes subatomic particles around a 27-kilometer ring,

この装置は 全周約27キロの輪の中で

getting them closer and closer to the speed of light

素粒子を 光速に近いスピードまで加速し

before smashing them into each other inside gigantic particle detectors.

巨大な粒子検知器の中で ぶつかり合わせます

On July 4, 2012, physicists at CERN announced to the world

2012年7月4日 CERNの物理学者が

that they'd spotted a new fundamental particle

LHCによる猛烈な衝突により 新たな基本粒子が生成されたと発表しました

being created at the violent collisions at the LHC: the Higgs boson.

ヒッグス粒子です

Now, if you followed the news at the time,

当時ニュースを チェックしていた人は

you'll have seen a lot of physicists getting very excited indeed,

多くの物理学者がとても興奮していたのを 見たことでしょう

and you'd be forgiven for thinking

新しい粒子が見つかるたびに 物理学者は

we get that way every time we discover a new particle.

あんなバカ騒ぎをするのかと 思ったかもしれません

Well, that is kind of true,

そういう面もありますが

but the Higgs boson is particularly special.

ビッグス粒子は ちょっと特別なんです

We all got so excited because finding the Higgs

私たちが興奮したのは ビッグス粒子の発見は

proves the existence of a cosmic energy field.

普遍的エネルギー場の存在を 証明するからです

Now, you may have trouble imagining an energy field,

エネルギー場と言われても 分かりにくいかもしれませんが

but we've all experienced one.

誰もが体験している ものがあります

If you've ever held a magnet close to a piece of metal

磁石を鉄に近づけると

and felt a force pulling across that gap,

間を隔てて引き合う力を 感じるはずですが

then you've felt the effect of a field.

それは場の効果を 感じているんです

And the Higgs field is a little bit like a magnetic field,

ヒッグス場は 磁場に似ていますが

except it has a constant value everywhere.

違うのは 値がどこでも一定だということです

It's all around us right now.

今も私たちの周りに 存在しています

We can't see it or touch it,

見ることも 触れることも できませんが

but if it wasn't there,

もしそれがなかったなら

we would not exist.

私たちは存在していないのです

The Higgs field gives mass

ヒッグス場は

私たちを形作る基本粒子に 質量を与えます

to the fundamental particles that we're made from.

If it wasn't there, those particles would have no mass,

それがなければ 粒子は質量を持たず

原子が形成されることもなく 我々も存在しないのです

and no atoms could form and there would be no us.

But there is something deeply mysterious about the Higgs field.

しかしヒッグス場には ひどく不思議なところがあります

相対性理論と量子力学は それには電気のスイッチのように

Relativity and quantum mechanics tell us that it has two natural settings,

自然な２つの状態があることを 示しています

a bit like a light switch.

It should either be off,

オフ状態で

宇宙のどこでもゼロか

so that it has a zero value everywhere in space,

or it should be on so it has an absolutely enormous value.

オン状態で 膨大な値を持つかです

In both of these scenarios, atoms could not exist,

どちらの場合でも 原子は存在できず

and therefore all the other interesting stuff

私たちが宇宙で目にする あらゆる興味深いものもまた

that we see around us in the universe would not exist.

存在しません

In reality, the Higgs field is just slightly on,

実際には ヒッグス場は かすかにオンの状態で

not zero but 10,000 trillion times weaker than its fully on value,

ゼロではありませんが 完全にオンの状態より１京倍弱く

a bit like a light switch that's got stuck just before the off position.

電気スイッチがオフの手前で 引っかかっているような状態です

And this value is crucial.

この値はとても重要です

If it were a tiny bit different,

わずかでも違っていたら

then there would be no physical structure in the universe.

宇宙に物理的構造が 存在しないからです

So this is the first of our dangerous numbers,

これが危険な値の１つ目

the strength of the Higgs field.

ヒッグス場の強さです

Theorists have spent decades trying to understand

理論物理学者は なぜこのような 妙な値になっているのか知ろうと

why it has this very peculiarly fine-tuned number,

何十年も努力を続け

and they've come up with a number of possible explanations.

様々な説明を考え出し

They have sexy-sounding names like "supersymmetry"

「超対称性」とか 「大きな余剰次元」みたいな

or "large extra dimensions."

かっこいい名前をつけています

I'm not going to go into the details of these ideas now,

ここで立ち入った 説明はしませんが

but the key point is this:

鍵になるのは

これらのどれにせよ ヒッグス場の奇妙な値を説明できるなら

if any of them explained this weirdly fine-tuned value of the Higgs field,

then we should see new particles being created at the LHC

LHCでヒッグス粒子とともに 生成される新たな粒子が

観測されるはずだ ということです

along with the Higgs boson.

So far, though, we've not seen any sign of them.

これまでのところ そのようなものの兆候は 見つかっていません

But there's actually an even worse example

実は こういう危険な値が 妙な値をしているという

of this kind of fine-tuning of a dangerous number,

さらにまずい例があって

and this time it comes from the other end of the scale,

それはスケール的に反対の極端

遙か彼方の宇宙の 研究から来ています

from studying the universe at vast distances.

One of the most important consequences of Einstein's general theory of relativity

アインシュタインの一般相対性理論の 最も重要な帰結の１つは

was the discovery that the universe began as a rapid expansion of space and time

宇宙がビッグバンと呼ばれる

138億年前の急激な時空の膨張で 始まったと分かったことです

13.8 billion years ago, the Big Bang.

Now, according to early versions of the Big Bang theory,

初期のビッグバン理論では

宇宙の膨張は 重力の力によって

the universe has been expanding ever since

with gravity gradually putting the brakes on that expansion.

徐々に遅くなっていくと 考えられていました

But in 1998, astronomers made the stunning discovery

しかし1998年に天文学者が 驚くべきことを発見しました

that the expansion of the universe is actually speeding up.

宇宙の膨張は 加速しているのです

The universe is getting bigger and bigger faster and faster

宇宙はますます速く 大きくなっていて

driven by a mysterious repulsive force called dark energy.

それを後押ししているのが 謎の反発力 ダークエネルギーです

Now, whenever you hear the word "dark" in physics,

物理学で「ダーク」という 言葉を聞いたときは

you should get very suspicious

疑ってかかってください

because it probably means we don't know what we're talking about.

物理学者はそれが何か よく分かってないことを意味するからです

(Laughter)

(笑)

We don't know what dark energy is,

ダークエネルギーが 何なのか分かりませんが

but the best idea is that it's the energy of empty space itself,

あえて言うなら 何もない空間の持つエネルギー

the energy of the vacuum.

真空のエネルギーです

Now, if you use good old quantum mechanics to work out

古典的な量子力学を使って

how strong dark energy should be,

ダークエネルギーの 強さを計算すると

you get an absolutely astonishing result.

まったく驚くような 結果になります

You find that dark energy

ダークエネルギーは

should be 10 to the power of 120 times stronger

天文学で観察される値よりも

10の120乗倍 強いはずなのです

than the value we observe from astronomy.

That's one with 120 zeroes after it.

１の後に０が 120個付く ということです

This is a number so mind-bogglingly huge

これはまったく 目が回るような値で

that it's impossible to get your head around.

理解不能です

We often use the word "astronomical" when we're talking about big numbers.

大きな数字のことをよく 「天文学的」と言いますが

Well, even that one won't do here.

それでさえ不足です

This number is bigger than any number in astronomy.

この値は天文学における いかなる値よりも大きく

It's a thousand trillion trillion trillion times bigger

千の １兆倍の １兆倍の １兆倍

宇宙にある原子の総数より 大きいのです

than the number of atoms in the entire universe.

So that's a pretty bad prediction.

極めてまずい予測です

In fact, it's been called the worst prediction in physics,

実際これは物理学における 最悪の予測だと言われてきました

and this is more than just a theoretical curiosity.

しかもこれは理論的な 興味だけの話ではありません

If dark energy were anywhere near this strong,

もしダークエネルギーが それほど強いのだとしたら

then the universe would have been torn apart,

宇宙はバラバラになり

stars and galaxies could not form, and we would not be here.

銀河は形成されず 我々もここに存在しません

So this is the second of those dangerous numbers,

これが危険な数字の２つ目

the strength of dark energy,

タークエネルギーの強さです

and explaining it requires an even more fantastic level of fine-tuning

これを説明するためには

ヒッグス場よりもさらに曲芸的な 調整が必要になります

than we saw for the Higgs field.

But unlike the Higgs field, this number has no known explanation.

ヒッグス場とは異なり この値を説明できるものは知られていません

The hope was that a complete combination

希望が持たれていたのは

of Einstein's general theory of relativity,

大きなスケールの 宇宙の理論である

which is the theory of the universe at grand scales,

アインシュタインの 相対性理論と

with quantum mechanics, the theory of the universe at small scales,

小さなスケールの宇宙の理論である 量子力学の完璧な組み合わせによって

might provide a solution.

解決できるかもしれない ということでした

Einstein himself spent most of his later years

アインシュタイン自身

後年は物理学の統一理論を求める 実りのない探求に多くの時間を費やし

on a futile search for a unified theory of physics,

and physicists have kept at it ever since.

それ以来 多くの物理学者たちが 取り組んできました

One of the most promising candidates for a unified theory is string theory,

統一理論の候補として 最も有望視されているのは弦理論で

and the essential idea is,

その基本的なアイデアは

if you could zoom in on the fundamental particles that make up our world,

世界を構成する基本粒子を 拡大していくと

you'd see actually that they're not particles at all,

それは粒子ではなく

but tiny vibrating strings of energy,

小さな振動する エネルギーの弦で

with each frequency of vibration corresponding to a different particle,

振動周波数ごとに 異なる粒子に対応していて

a bit like musical notes on a guitar string.

ギターの弦に対する音符のようなものだ ということです

So it's a rather elegant, almost poetic way of looking at the world,

これはエレガントで ほとんど詩的とも言える世界の見方ですが

but it has one catastrophic problem.

実は 救いがたい 問題があります

It turns out that string theory isn't one theory at all,

弦理論というのは １つの理論ではなく

but a whole collection of theories.

大きな理論の集まりなのです

It's been estimated, in fact,

弦理論には異なるバージョンが 10の500乗個あると

that there are 10 to the 500 different versions of string theory.

見積もられています

Each one would describe a different universe

そのそれぞれが

異なる物理法則を持った 異なる宇宙を記述しているのです

with different laws of physics.

Now, critics say this makes string theory unscientific.

そんなの科学とは言えない という批判があります

You can't disprove the theory.

この理論は反証し得ないと

But others actually turned this on its head

一方で

弦理論の破綻と見えることが

and said, well, maybe this apparent failure

実は最大の利点かもしれないと 見る人々もいます

is string theory's greatest triumph.

What if all of these 10 to the 500 different possible universes

その10の500乗個の 異なる可能な宇宙が

実際 多元宇宙のどこかに

actually exist out there somewhere

in some grand multiverse?

存在しているとしたら？

Suddenly we can understand

そうすると突然 あの２つの危険な数値が

the weirdly fine-tuned values of these two dangerous numbers.

奇妙な値をしていることも 理解できるようになります

In most of the multiverse,

多元宇宙のほとんどでは

dark energy is so strong that the universe gets torn apart,

ダークエネルギーが強すぎて 宇宙がバラバラになってしまうか

or the Higgs field is so weak that no atoms can form.

ヒッグス場が弱すぎて 原子が形成されないが

We live in one of the places in the multiverse

私たちは たまたま

where the two numbers are just right.

２つの値が適切な値をしている場所に 生きているということです

We live in a Goldilocks universe.

ゴルディロックスの宇宙です

Now, this idea is extremely controversial, and it's easy to see why.

このアイデアには極めて議論が 多いのも分かるでしょう

If we follow this line of thinking,

このような考え方では

then we will never be able to answer the question,

「無ではなく物が存在するのはなぜか」 という問に

"Why is there something rather than nothing?"

決して答えることができません

In most of the multiverse, there is nothing,

多元宇宙の多くには何もなく

and we live in one of the few places

物理法則が物の存在を許容する わずかな宇宙の１つに

where the laws of physics allow there to be something.

我々が住んでいる というだけの話です

Even worse, we can't test the idea of the multiverse.

さらにまずいのは この多元宇宙のアイデアは 確認できないということです

We can't access these other universes,

他の宇宙を観測する方法はなく

so there's no way of knowing whether they're there or not.

それが存在するのかしないのか 知りようがないのです

So we're in an extremely frustrating position.

我々は極めて 苛立たしい状況にあります

That doesn't mean the multiverse doesn't exist.

多元宇宙など存在しない というのではありません

There are other planets, other stars, other galaxies,

他にも惑星があり 恒星があり 銀河があるのだから

so why not other universes?

他の宇宙があっても おかしくはないでしょう

The problem is, it's unlikely we'll ever know for sure.

問題は 我々が確証を得ることは ないだろうということです

Now, the idea of the multiverse has been around for a while,

多元宇宙のアイデアが出て来て 結構経ちますが

but in the last few years, we've started to get the first solid hints

この数年で このような理論が 裏付けられるかもしれない

that this line of reasoning may get born out.

最初の兆しが 得られ始めました

Despite high hopes for the first run of the LHC,

LHCが最初に稼働した時以来

私たちが大きな期待を よせていたのは

what we were looking for there --

we were looking for new theories of physics:

物理の新しい理論の発見です

supersymmetry or large extra dimensions

超対称性であれ 大きな余剰次元であれ

that could explain this weirdly fine-tuned value of the Higgs field.

ヒッグス場の奇妙な値を 説明できる何かです

But despite high hopes, the LHC revealed a barren subatomic wilderness

しかし大きな期待をよそに LHCが見せてきたのは

ヒッグス粒子１つだけという 不毛な荒野です

populated only by a lonely Higgs boson.

My experiment published paper after paper

実験から生まれた 数々の論文はどれも

where we glumly had to conclude that we saw no signs of new physics.

新しい物理学の兆候は見られなかったと 辛気くさく締めくくらざるを得ませんでした

The stakes now could not be higher.

今や掛け金は これ以上なく高くなっています

This summer, the LHC began its second phase of operation

この夏 LHCは 第２期の稼働を始め

with an energy almost double what we achieved in the first run.

第１期のほとんど倍のエネルギーで 動かしています

What particle physicists are all desperately hoping for

素粒子物理学者はみんな

are signs of new particles, micro black holes,

新しい粒子であれ マイクロ・ブラックホールであれ

or maybe something totally unexpected

あるいはまったく 予期しないものであれ

emerging from the violent collisions at the Large Hadron Collider.

LHCでの猛烈な衝突で何らかの兆候が 見つかるのを切に願っています

If so, then we can continue this long journey

そうなれば 私たちは

that began 100 years ago with Albert Einstein

アインシュタインが 100年前に始めた長い旅を

towards an ever deeper understanding of the laws of nature.

自然法則のより深い理解に向けて 続けていくことができます

But if, in two or three years' time,

しかし２、３年稼働したのち

when the LHC switches off again for a second long shutdown,

LHCが再び長い休止期間に入るとき

我々に見つかったものが ヒッグス粒子だけだったとしたら

we've found nothing but the Higgs boson,

then we may be entering a new era in physics:

物理学は 新たな時代に 入るかもしれません

an era where there are weird features of the universe that we cannot explain;

それは我々に説明し得ない 奇妙な性質が宇宙にある時代

an era where we have hints that we live in a multiverse

永遠に手の届かない 多元宇宙の中に

that lies frustratingly forever beyond our reach;

我々は生きているらしい 気配のある時代

an era where we will never be able to answer the question,

「無ではなく物の存在があるのはなぜか」 という問に

"Why is there something rather than nothing?"

決して答えることの できない時代です

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

(拍手)

Bruno Giussani: Harry, even if you just said

(ブルーノ･ジュッサーニ) ハリー

科学にも答えられないことが あるかもしれないとのことですが

the science may not have some answers,

I would like to ask you a couple of questions, and the first is:

２つお聞きしたいことがあります

まず LHCのようなものを構築するというのは 長い期間を要するプロジェクトです

building something like the LHC is a generational project.

I just mentioned, introducing you, that we live in a short-term world.

あなたを紹介するとき 私たちは短期的な世界に 生きていると言いましたが

How do you think so long term,

あなたにはどうして

こんなものを構築しようなどという 長期的な考え方ができるんですか？

projecting yourself out a generation when building something like this?

Harry Cliff: I was very lucky

(ハリー・クリフ) 私はとても幸運でした

that I joined the experiment I work on at the LHC in 2008,

私がLHCを使う実験に 参加したのは2008年

just as we were switching on,

ちょうど稼働を始めた時です

and there are people in my research group who have been working on it

私たちの研究グループの中には これに30年も取り組んできた人たちもいて

for three decades, their entire careers on one machine.

１台の装置に 生涯をかけています

LHCについて最初の議論が行われたのは 1976年のことですが

So I think the first conversations about the LHC were in 1976,

and you start planning the machine without the technology

その構築に必要だと分かっている技術が まだ存在しない段階で

that you know you're going to need to be able to build it.

計画を始めていたわけです

So the computing power did not exist in the early '90s

本格的に設計が始まった 90年代初期には

必要とされる計算能力が ありませんでした

when design work began in earnest.

One of the big detectors which record these collisions,

衝突を記録する 大きな検出器がありますが

they didn't think there was technology

LHCで生成される放射能に 耐えるような技術は

that could withstand the radiation that would be created in the LHC,

ないと考えられていました

so there was basically a lump of lead in the middle of this object

それで基本的には 中心に鉛の塊があって

with some detectors around the outside,

周りに検出器が あるような感じですが

but subsequently we have developed technology.

追々技術を 開発していったんです

人々が発明の才で問題を解決してくれるのを 期待して進めるしかなく

So you have to rely on people's ingenuity, that they will solve the problems,

but it may be a decade or more down the line.

それには何十年も かかるかもしれません

BG: China just announced two or three weeks ago

(ジュッサーニ) 中国が ２、３週間前に

that they intend to build

LHCより２倍大きい 超衝突型加速器の

a supercollider twice the size of the LHC.

建設計画を 発表しました

I was wondering how you and your colleagues welcome the news.

あなたや同僚の人たちは このニュースをどう受け止めましたか？

HC: Size isn't everything, Bruno. BG: I'm sure. I'm sure.

(クリフ) 大きさがすべてじゃないさ (ジュッサーニ) そりゃそうですとも

(Laughter)

(笑)

It sounds funny for a particle physicist to say that.

素粒子物理学者が 言うのも変ですが

But I mean, seriously, it's great news.

まじめな話 素晴らしいニュースだと思います

So building a machine like the LHC

LHCのような装置を 建設するには

requires countries from all over the world to pool their resources.

世界中の国が リソースを結集する必要があります

No one nation can afford to build a machine this large,

これほど大きな機械を 一国で作ることはできませんが

apart from maybe China,

中国は例外かもしれません

because they can mobilize huge amounts of resources,

このような機械の 建設のために

manpower and money to build machines like this.

膨大な人・金・資源を 動員できますから

So it's only a good thing.

これはもちろん 悪い話ではありません

What they're really planning to do is to build a machine

彼らが計画しているのは

その機械によって ヒッグス粒子について詳細に研究し

that will study the Higgs boson in detail and could give us some clues

as to whether these new ideas, like supersymmetry, are really out there,

超対称性のような新しいアイデアが 本物なのか手がかりを得るということで

so it's great news for physics, I think.

物理学にとって 素晴らしいニュースだと思います

BG: Harry, thank you. HC: Thank you very much.

(ジュッサーニ) ハリー どうもありがとう (クリフ) こちらこそ

(Applause)

(拍手)