ニュートリノが光速を超えた？
いま、このニュースが駆け回っている。私はTVを見ないから、その騒ぎの大きさはよく分からないところがあるけれども、twitterではとてつもない勢いでコメントが吹き出してきている。
この実験を行ったのは"CERN - the European Organization for Nuclear Research"という国際的な研究機関の「国際研究実験OPERA」というグループだ。ここには日本からも名古屋大学、愛知教育大学、神戸大学、宇都宮大学なども参加しているらしい。実験に参加した名古屋大の小松雅宏准教授という方のコメントが出ていた。
できればみんなもこのニュースを追いかけてみたらいいと思う。一生かけてもお目にかかることができないことに出会えるかもしれない。
いま現役の物理学者なども含めてtwitterで猛然と議論が吹き出しているのも、つい先程、CERNのセミナーが終わったからだ。懐疑的な意見が多い。まぁ当たり前だ。
ニュートリノが光速を超えた… 細かい内容はニュースなどでも出ているけれども、この結果には実験をした当事者たちも非常に驚いたはずだ。ありえない、と思っただろうと思う。だから半年かけ、1万5000回もさらに検証のために実験を繰り返し、それでもほぼ同じ結果が出るので公表に踏み切ったということらしい。それほどその結果はおどろくべきものだ。そしてCERNでは、すべての実験データを公開するから検討してほしい、と全世界の物理学者に呼びかけている。
近代的な自然科学の出発点をどこに定めるのかは様々な議論があるだろうけれども、ニュートンの『プリンキピア』がその一つであることに異論はないだろう。『プリンキピア』＝『自然哲学の数学的諸原理』、ラテン語の原題を "Philosophiae naturalis principia mathematica" という。"principia"＝原理。英語の"principle"だ。1687年に発表されている。近代物理学の軸となる力学は、ガリレイ、ケプラーを引き継いだニュートンが打ち立て、ライプニッツが確立した。さらに解析力学を創り上げたラグランジュや電磁気学を確立するマクスウェル、熱学を切り開いたカルノーらによって近代物理学はその陣容を整えていった。
その出発点的な位置にあった『原理』が覆されたのが1905年のアインシュタインの特殊相対性理論の発表だった。1920年代にかけてのアインシュタインの一般相対性理論への理論的な拡大とハイゼンベルク、シュレーディンガーらによる量子力学の確立は、近代物理学を根本からひっくり返した。根本から、つまり原理的な転換だった。そこでは空間、時間、質量といった物理量の根幹をなす基本的な概念・量についての定義自身が大きく塗り替えられた。巨視的な宇宙についての考え方、微視的な粒子についての考え方、その両方が一挙に覆されていった。
時代は第一次世界大戦からロシア革命をへて激動の1920年代。美術や文学でもシュールレアリスムが登場し、音楽でもシェーンベルクの12音階技法などがそれまでの音楽理論の枠組みを破壊した。それまでになかった様々な動きが一挙に吹き出すようにして生み出された時代に現代物理学も出発した。
そしてその空間・時間などについての全く異質な理論は、デカルト以来の近代的な世界観＝ものの捉え方をも突き破るものであり、例えば哲学者のカッシーラーなどはアインシュタインの相対性原理の哲学的意義のために大著を記している。
アインシュタインの特殊相対性理論は、相対性原理と光速普遍の原理に立脚し、ローレンツ変換とミンコフスキーによる4次元空間の把握を媒介に時間・空間・質量を再定義し、ニュートンの運動方程式を全面的に書き換える。その結果、光速以下の物体を光速を超えて加速させることはできないという結果が帰結されてくる。物体の速度が光速に達した時、その質量が無限大に発散してしまうからだ。そうなると運動方程式で力Fが有限値である限り、加速度aが→0に収束することになる。つまり速度が光速に近づけが近づくだけ、加速できなくなる。ついには加速度がほぼ0になる。つまりは光速を超えることはできない、ということになる。
そしてこの相対性理論は、マクスウェルの４つの方程式に集約される電磁気学の本質を解明したものでもあり、その意味で「アインシュタインは電磁気学の完成者でもある」（砂川重信『相対性理論の考え方』）。
ニュートリノにはまだ未解明な部分がある。もしもニュートリノに質量がなければ光速を超えたとしてもアインシュタインの理論を覆すことにはならないかもしれない。質量0なら光速になっても無限大に発散することはないだろう。わたしが学生の頃はニュートリノには質量はないという仮説のほうが有力だった。
しかしニュートリノに質量はあった。その質量があると確認されてまだ１０年ほどしかたっていないが、あった。ほんの微小な質量ではあっても、質量があるニュートリノが光速を越えるとなるとアインシュタインの特殊相対性理論がひっくり返ることになるかもしれない。20世紀の初頭に提唱され、現代物理の基本原理のような位置におかれてきた理論が、その原理において覆るかもしれない。相対論は、いろいろある中での一つの理論というものではない。力学や電磁気学を包摂し、量子論と結びつきながら、現代物理学にとっていわば原理的な位置をもっている。もしその相対論が根本的に覆るとなるとその影響は想像を絶するものがある。
1965年のノーベル物理学賞受賞の前年、リチャード・ファインマンは講演で物理学の展望について次のようなことを述べていた。
「次から次へと新しい法則が発見されて進歩が続くとは思えません。」
「私たちが、まだ発見の続けられる時代に生まれ合わせたのは幸運です。アメリカ大陸発見のようなもので、発見は一回かぎり。私たちがうまれあわせたのは自然法則発見の時代です。こういう時は二度とこないのです。胸踊る興奮。この素晴らしさ。しかし興奮はやがて退いていくほかない。」（『物理法則はいかにして発見されたか』岩波現代文庫p266）
と、物理学という学問の行く末に悲観的な見解を述べていた。ファインマンはおそらく、戦後に活躍した物理学者の中で屈指の理論物理学者だったと思う。そのファインマンだからこそ、物理学での大きな根本的な法則の発見はもうないのではないか、という思いを抱いていたのかもしれない。実際にファインマンが同書で続けて述べているように、基礎科学のもっとも先端的で活発な分野は物理学から生物学に移ってきたようにも思えた。
あたり前のことなのかもしれないが、アインシュタインにも、ファインマンにも、物理学者の誰にも予測もつかなかったような時代が、ひょっとするとやってくるのかもしれない。そうした「発見の続けられる時代に生まれ合わせたのは幸運」を感じることができるのかもしれない。もし本当にニュートリノが光速を超え、相対性原理が根本においてくつがえるのであれば、それはとてつもない「胸踊る興奮」の幕開けかもしれない。君たちはそれを目の当たりすることが出来る、あるいはひょっとしたら参加できるかもしれない世界に生きている。
（高木）
PR
