TED2005
Brian Greene: Making sense of string theory
ブライアン・グリーンが語るひも理論
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物理学者のブライアン・グリーンが超ひも理論について語り、11次元の世界で振動するごく小さいエネルギーの紐が宇宙にある全ての物質と力を生み出していると説きます。
Brian Greene - Physicist
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe. Full bio
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe. Full bio
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00:13
In the year 1919,
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2000
1919年のことでした
00:15
a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza
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3000
7000
ほとんど無名のドイツ人数学者テオドール カルツァが
00:22
suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.
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10000
7000
とても大胆で、ある意味突飛なアイデアを思いついたのです
00:29
He proposed that our universe
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17000
2000
彼は、我々の宇宙には
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might actually have more than the three dimensions
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3000
実のところ皆が知っている3つの次元よりも
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that we are all aware of.
5
22000
3000
多くの次元があるかもしれないと言ったのです
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That is in addition to left, right, back, forth and up, down,
6
25000
3000
左右、前後、そして上下に加えて
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Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space
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28000
5000
どういう訳か私たちには見えないけれど、さらに多くの次元の空間が
00:45
that for some reason we don't yet see.
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33000
3000
あるかもしれないとカルツァは定義したのです
00:48
Now, when someone makes a bold and bizarre idea,
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36000
4000
誰かが打ち出した大胆で突飛なアイデアというのは
00:52
sometimes that's all it is -- bold and bizarre,
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40000
2000
たしかに大胆で突飛ではあるけれど
00:54
but it has nothing to do with the world around us.
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3000
実世界とは全く関係がないということが往々にしてあります
00:57
This particular idea, however --
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45000
2000
でもカルツァのこのアイデアは、
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although we don't yet know whether it's right or wrong,
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まだそれが正しいのか間違っているのかはわかりませんが－
01:02
and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,
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この講演の最後に、数年後にはその正誤がはっきりするかもしれない
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may tell us whether it's right or wrong --
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実験のことをお話しするつもりです－
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this idea has had a major impact on physics in the last century
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55000
4000
このアイデアは20世紀の物理学に大きな衝撃を与えました
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and continues to inform a lot of cutting-edge research.
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そして今も数多くの最新の研究に知見を与えているのです
01:14
So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.
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62000
4000
今から、そうした余剰次元についての話をしていきましょう
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So where do we go?
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2000
どこから始めましょうか？
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To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.
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3000
まずは少し背景を知る必要があります 1907年に戻ります
01:23
This is a year when Einstein is basking in the glow
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71000
4000
この年、アインシュタインは相対性特殊理論を発見した
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of having discovered the special theory of relativity
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75000
3000
心地よい満足感に浸りながら
01:30
and decides to take on a new project,
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78000
3000
新しいプロジェクトに取りかかろうとしていました
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to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.
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81000
7000
壮大で広く行き渡る重力の力を完全に理解しようというプロジェクトです
01:40
And in that moment, there are many people around
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88000
3000
当時、多くの人々は
01:43
who thought that that project had already been resolved.
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91000
4000
そんなことはもう解決済みだと考えていました
01:47
Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s
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95000
3000
ニュートンが17世紀後半に重力理論を打ち出していて
01:50
that works well, describes the motion of planets,
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98000
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それはうまく機能し、惑星や月などの
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the motion of the moon and so forth,
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102000
2000
運動をよく表していました
01:56
the motion of apocryphal of apples falling from trees,
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104000
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作り話でしょうが、木からりんごが落ちて
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hitting people on the head.
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2000
人の頭を打ったという運動もそうです
02:01
All of that could be described using Newton's work.
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109000
2000
これらは全てニュートンの式を使って表せたのです
02:03
But Einstein realized that Newton had left something out of the story,
33
111000
4000
でもアインシュタインは、ニュートンが何かを積み残していることに気づきました
02:07
because even Newton had written
34
115000
3000
ニュートン自身でさえ
02:10
that although he understood how to calculate the effect of gravity,
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118000
5000
自分は重力の影響は計算できるけれど
02:15
he'd been unable to figure out how it really works.
36
123000
3000
それが実際どのように働くのかは理解できていないと書いていました
02:18
How is it that the Sun, 93 million miles away,
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126000
3000
一体どうやって1億5000万キロも彼方の太陽が
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[that] somehow it affects the motion of the Earth?
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129000
3000
地球の運動に影響を与えるのか？
02:24
How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?
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132000
4000
一体どうやって太陽が空っぽの慣性空間を通り抜けて影響を及ぼすのか？
02:28
And that is a task to which Einstein set himself --
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136000
3000
これが、アインシュタインが重力の働きを理解するために
02:31
to figure out how gravity works.
41
139000
3000
取り組んだ仕事です
02:34
And let me show you what it is that he found.
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142000
3000
彼が発見したものをお見せしましょう
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So Einstein found
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145000
1000
アインシュタインは
02:38
that the medium that transmits gravity is space itself.
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146000
4000
重力を伝達する媒体は空間自体であるということを発見しました
02:42
The idea goes like this:
45
150000
2000
こんなアイデアです
02:44
imagine space is a substrate of all there is.
46
152000
2000
空間というのは存在するもの全ての基盤だと考えてみてください
02:46
Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.
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154000
4000
アインシュタインは、もし物質がなければ空間はきれいな平面だと述べました
02:50
But if there is matter in the environment, such as the Sun,
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158000
4000
でも、もし太陽のように物質がある場合は
02:54
it causes the fabric of space to warp, to curve.
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162000
4000
空間の基礎構造が歪み、曲がってしまうのです
02:58
And that communicates the force of gravity.
50
166000
2000
そしてそれが重力の力を伝えるのです
03:00
Even the Earth warps space around it.
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168000
3000
地球でさえ周囲にある空間を曲げています
03:03
Now look at the Moon.
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171000
2000
では月を見てみましょう
03:05
The Moon is kept in orbit, according to these ideas,
53
173000
3000
今述べた考えによれば、月が軌道を回るのは
03:08
because it rolls along a valley in the curved environment
54
176000
3000
太陽と月、そして地球がそれぞれ自らの存在によって作り出す
03:11
that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.
55
179000
5000
曲がった空間の谷間に沿って転がっているからです
03:16
We go to a full-frame view of this.
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184000
3000
全体像を見てみましょう
03:19
The Earth itself is kept in orbit
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187000
2000
地球が軌道を保っているのは
03:21
because it rolls along a valley in the environment that's curved
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189000
4000
太陽の存在によって曲がった空間の中で
03:25
because of the Sun's presence.
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193000
2000
谷間に沿って転がっているからです
03:27
That is this new idea about how gravity actually works.
60
195000
5000
これが重力の働きに関する新しい考え方です
03:32
Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.
61
200000
5000
このアイデアは1919年に天文観測によって検証されました
03:37
It really works. It describes the data.
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205000
3000
本当にその通りでした 観測によってデータが裏打ちされたのです
03:40
And this gained Einstein prominence around the world.
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208000
4000
これによりアインシュタインは世界的な名声を得ました
03:44
And that is what got Kaluza thinking.
64
212000
4000
そしてカルツァは考えたのです
03:48
He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.
65
216000
4000
彼もアインシュタインのようにいわゆる「統一理論」を探していました
03:52
That's one theory
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220000
2000
ひとつの考え方、ひとつの原理、
03:54
that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,
67
222000
4000
そしてひとつの方程式で全ての自然界の力を
03:58
one set of principles, one master equation, if you will.
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226000
4000
説明することができる理論のことです
04:02
So Kaluza said to himself,
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230000
2000
カルツァは考えました
04:04
Einstein has been able to describe gravity
70
232000
3000
アインシュタインは重力を空間、より正確に言えば時空、の
04:07
in terms of warps and curves in space --
71
235000
2000
歪みと曲がりという視点から
04:09
in fact, space and time, to be more precise.
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237000
3000
説明することができた
04:12
Maybe I can play the same game with the other known force,
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240000
5000
他に知られている力を使って自分にも同じことができるのではないか
04:17
which was, at that time, known as the electromagnetic force --
74
245000
3000
その力とは、電磁力として知られているものでした
04:20
we know of others today, but at that time
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248000
2000
現在では他にも力があることが知られていますが、
04:22
that was the only other one people were thinking about.
76
250000
2000
当時はそれが重力以外に考えられる唯一の力でした
04:24
You know, the force responsible for electricity
77
252000
2000
つまり電気や、磁石の引き付けなどを
04:26
and magnetic attraction and so forth.
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254000
2000
引き起こす力のことです
04:28
So Kaluza says, maybe I can play the same game
79
256000
3000
カルツァは、アインシュタインと同じようにして
04:31
and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.
80
259000
4000
電磁力を歪みと曲がりで説明できるのではないかと考えたのです
04:35
That raised a question: warps and curves in what?
81
263000
3000
ここで疑問が湧いてきます 何の歪みと曲がりなのかということです
04:38
Einstein had already used up space and time,
82
266000
5000
アインシュタインがすでに重力を説明するために
04:43
warps and curves, to describe gravity.
83
271000
2000
空間と時間の歪みと曲がりを使っています
04:45
There didn't seem to be anything else to warp or curve.
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273000
3000
他に歪んだり曲がったりするものは何もなさそうに見えました
04:48
So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.
85
276000
5000
それでカルツァは、恐らく空間にはより多くの次元があるのだろうと考えました
04:53
He said, if I want to describe one more force,
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281000
2000
曰く、ひとつ多くの力を説明するためには
04:55
maybe I need one more dimension.
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283000
2000
ひとつ多い次元が必要になるということです
04:57
So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,
88
285000
4000
カルツァは世界が3次元ではなく4次元だと想定して
05:01
and imagined that electromagnetism was warps and curves
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289000
4000
電磁力は第4の次元における歪みと曲がりだと
05:05
in that fourth dimension. Now here's the thing:
90
293000
2000
考えたのです ここに注目してください
05:07
when he wrote down the equations describing warps and curves
91
295000
3000
カルツァが3次元ではなく4次元の宇宙における
05:10
in a universe with four space dimensions, not three,
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298000
3000
歪みと曲がりを説明する方程式を書き出した時
05:13
he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --
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301000
4000
彼はアインシュタインがすでに３次元で導き出していた方程式を見出しました
05:17
those were for gravity --
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305000
1000
それらは重力を説明するための方程式です
05:18
but he found one more equation because of the one more dimension.
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306000
4000
でもカルツァは次元がひとつ増えたことによるもうひとつの方程式も見つけました
05:22
And when he looked at that equation,
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310000
2000
その方程式を見てみると
05:24
it was none other than the equation
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312000
2000
それは正に科学者たちが長年の間
05:26
that scientists had long known to describe the electromagnetic force.
98
314000
3000
電磁力を表すために使ってきた方程式でした
05:29
Amazing -- it just popped out.
99
317000
2000
驚くべきことです それがポンと現れてきたのです
05:31
He was so excited by this realization
100
319000
3000
このことに気づいたカルツァは興奮のあまり
05:34
that he ran around his house screaming, "Victory!" --
101
322000
3000
家の中を走り回って「勝った！」と叫びました
05:37
that he had found the unified theory.
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325000
3000
自分は統一理論を見つけたのだと
05:40
Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.
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328000
7000
明らかに、カルツァは理論を非常に重んじる人でした
05:47
He, in fact --
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335000
1000
実際、
05:48
there is a story that when he wanted to learn how to swim,
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336000
3000
ある話によるとカルツァが泳ぐことを学ぼうとした時
05:51
he read a book, a treatise on swimming --
106
339000
3000
彼は水泳に関する学術論文を読んで
05:54
(Laughter)
107
342000
1000
（笑）
05:55
-- then dove into the ocean.
108
343000
2000
それから海に飛び込んだそうです
05:57
This is a man who would risk his life on theory.
109
345000
3000
自らの命を理論に賭けるような男でした
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,
110
348000
4000
でも、我々のようにもう少し現実的な人々は
06:04
two questions immediately arise from his observation.
111
352000
3000
彼の報告に対してたちまち2つの疑問を抱きます
06:07
Number one: if there are more dimensions in space, where are they?
112
355000
4000
まず、 もし空間により多くの次元があるのなら、それはどこにあるのか？
06:11
We don't seem to see them.
113
359000
2000
誰の目にも見えないように思えるのです
06:13
And number two: does this theory really work in detail,
114
361000
4000
そして2つ目： この理論は、実際の世界にあてはめた時に
06:17
when you try to apply it to the world around us?
115
365000
3000
細部まで本当にうまく働くのか？
06:20
Now, the first question was answered in 1926
116
368000
4000
最初の疑問への答えは1926年にオスカー クラインによって
06:24
by a fellow named Oskar Klein.
117
372000
2000
出されました
06:26
He suggested that dimensions might come in two varieties --
118
374000
4000
クラインは、空間には2つの種類があるかもしれないと述べました
06:30
there might be big, easy-to-see dimensions,
119
378000
3000
大きくて簡単に見える次元もあれば
06:33
but there might also be tiny, curled-up dimensions,
120
381000
3000
ちっぽけで巻き上げられてしまっている次元もあり得ると
06:36
curled up so small, even though they're all around us,
121
384000
3000
それらはあまりに小さく巻き上げられているため、身の回りにあっても
06:39
that we don't see them.
122
387000
2000
我々の目には見えないのだと言うのです
06:41
Let me show you that one visually.
123
389000
2000
視覚的に言えばこういうことです
06:43
So, imagine you're looking at something
124
391000
2000
信号を支えているケーブルのようなものを
06:45
like a cable supporting a traffic light.
125
393000
2000
見ていると想像してください
06:47
It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --
126
395000
3000
マンハッタンの、セントラル パークにいます－あまり関係ありませんが－
06:50
but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,
127
398000
4000
遠くからだと、ケーブルは１次元に見えます
06:54
but you and I all know that it does have some thickness.
128
402000
3000
でもそれがいくらかの厚みを持っていることは皆知っています
06:57
It's very hard to see it, though, from far away.
129
405000
2000
ただ、遠くからだと見るのがとても難しいのです
06:59
But if we zoom in and take the perspective of, say,
130
407000
2000
もしズームインして例えば歩き回っているアリの
07:01
a little ant walking around --
131
409000
2000
立場に立ったなら、
07:03
little ants are so small that they can access all of the dimensions --
132
411000
3000
アリはとても小さいのでケーブルの全ての次元に立ち入ることができます
07:06
the long dimension,
133
414000
2000
長い次元だけでなく
07:08
but also this clockwise, counter-clockwise direction.
134
416000
3000
時計回りにも、反時計回りの方向にも行くことができます
07:11
And I hope you appreciate this.
135
419000
2000
理解いただけると嬉しいのですが
07:13
It took so long to get these ants to do this.
136
421000
2000
アリにこうしたことをさせるのはすごく大変だったのです
07:15
(Laughter)
137
423000
1000
（笑）
07:16
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:
138
424000
3000
でもこれにより次元には2つの種類があり得ることが確かめられました
07:19
big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us
139
427000
4000
大きいものと小さいものです そして我々の周りにある大きな次元というのは
07:23
are the ones that we can easily see,
140
431000
2000
簡単に見ることができるけれど
07:25
but there might be additional dimensions curled up,
141
433000
3000
ケーブルの丸い部分のように巻き上げられているその他の次元
07:28
sort of like the circular part of that cable,
142
436000
2000
というものがあるかもしれず
07:30
so small that they have so far remained invisible.
143
438000
4000
それらはあまりに小さいのでこれまで見えないままだったのです
07:34
Let me show you what that would look like.
144
442000
2000
それがどういうものなのかをお見せしましょう
07:36
So, if we take a look, say, at space itself --
145
444000
3000
もし、例えば空間自体を見たとすると
07:39
I can only show, of course, two dimensions on a screen.
146
447000
4000
スクリーン上では2次元しか見せることができません
07:43
Some of you guys will fix that one day,
147
451000
2000
誰かがそのうち改善してくれるかもしれませんが、
07:45
but anything that's not flat on a screen is a new dimension,
148
453000
2000
とにかくスクリーン上で平らでないものは全て新しい次元で、
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
どんどんと小さくなっていき
07:49
and way down in the microscopic depths of space itself,
150
457000
4000
空間自体の微細な深さに紛れ込んでしまいます
07:53
this is the idea,
151
461000
1000
これがその考え方です
07:54
you could have additional curled up dimensions --
152
462000
2000
この世には巻き上げられている余剰次元があり得るのです
07:56
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
ここに小さな円の形があります あまりに小さいので我々には見えません
07:59
But if you were a little ultra microscopic ant walking around,
154
467000
4000
でも、超微細なアリであれば
08:03
you could walk in the big dimensions that we all know about --
155
471000
2000
私たちが知っている大きな次元を歩き回れますし－
08:05
that's like the grid part --
156
473000
2000
格子の部分のようなところです－
08:07
but you could also access the tiny curled-up dimension
157
475000
3000
あまりに小さくて私たちの肉眼では見えないし
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
最先端の設備を使っても見ることができないような
08:12
or even with any of our most refined equipment.
159
480000
3000
小さく巻き上げられた次元にも行くことができるでしょう
08:15
But deeply tucked into the fabric of space itself,
160
483000
3000
空間自体の基礎構造に深く押し込まれてはいますが、
08:18
the idea is there could be more dimensions, as we see there.
161
486000
4000
今見ているように、より多くの次元があり得るのです
08:22
Now that's an explanation
162
490000
4000
これが、宇宙には我々の目に見えるよりも多くの次元があるかもしれない
08:26
about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.
163
494000
4000
ということの説明です
08:30
But what about the second question that I asked:
164
498000
3000
では、私の2番目の疑問についてはどうでしょう
08:33
does the theory actually work
165
501000
2000
この理論は現実の世界にあてはめた時に
08:35
when you try to apply it to the real world?
166
503000
2000
本当に上手く働くのかという問いです
08:37
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others
167
505000
3000
アインシュタインやカルツァ、そして他の多くの人々が
08:40
worked on trying to refine this framework
168
508000
5000
この枠組みを練り上げて、それぞれの時代に
08:45
and apply it to the physics of the universe
169
513000
3000
理解されていた宇宙の物理学に当てはめようとしましたが
08:48
as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.
170
516000
4000
細かいところではその理論は機能しませんでした
08:52
In detail, for instance,
171
520000
1000
例えば
08:53
they couldn't get the mass of the electron
172
521000
2000
彼らはこの理論で正しく働く
08:55
to work out correctly in this theory.
173
523000
2000
電子の質量を得ることができませんでした
08:57
So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,
174
525000
5000
非常に多くの人が取り組みましたが、1940年代か、もしくは50年代までには確実に
09:02
this strange but very compelling idea
175
530000
4000
いかにして物理法則を統一するかという
09:06
of how to unify the laws of physics had gone away.
176
534000
3000
この奇妙だけれども説得力のあるアイデアは消え去ってしまったのです
09:09
Until something wonderful happened in our age.
177
537000
4000
私たちの時代に素晴らしいことが起きるまでは
09:13
In our era, a new approach to unify the laws of physics
178
541000
4000
現在、物理法則を統一しようとする新しい取り組みが
09:17
is being pursued by physicists such as myself,
179
545000
2000
私自身や世界中の大勢の物理学者によって
09:19
many others around the world,
180
547000
2000
進められています
09:21
it's called superstring theory, as you were indicating.
181
549000
3000
それは、超ひも理論と呼ばれています
09:24
And the wonderful thing is that superstring theory
182
552000
4000
超ひも理論の素晴らしいところは
09:28
has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,
183
556000
4000
一見したところでは余剰次元の考え方とは無関係なのに
09:32
but when we study superstring theory,
184
560000
3000
この理論を学ぶと
09:35
we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
185
563000
3000
それが余剰次元のアイデアを全く新しい形でよみがえらせる点です
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
どうしてそうなるのかをお話ししましょう
09:40
Superstring theory -- what is it?
187
568000
2000
超ひも理論とは何でしょうか？
09:42
Well, it's a theory that tries to answer the question:
188
570000
2000
それは、この質問に答えようとする理論です：
09:44
what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents
189
572000
5000
我々を取り囲む世界にある全てを作り上げる基礎となる
09:49
making up everything in the world around us?
190
577000
4000
目に見えずそれ以上は分割もできない構成要素は何か？
09:53
The idea is like this.
191
581000
2000
こういうことを考えるのです
09:55
So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,
192
583000
5000
ローソク立ての中のローソクのように身近なものを思い浮かべて下さい
10:00
and imagine that we want to figure out what it is made of.
193
588000
3000
それが何で出来ているのかを調べたがっているとします
10:03
So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.
194
591000
4000
その物体の奥深くに入り込んで構成要素を調べましょう
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.
195
595000
4000
非常に奥深くまで入り込めば、知っての通り原子があります
10:11
We also all know that atoms are not the end of the story.
196
599000
3000
原子で終わりではないこともご存じでしょう
10:14
They have little electrons that swarm around a central nucleus
197
602000
4000
原子は、中性子と陽子でできた原子核とその周りに群がる
10:18
with neutrons and protons.
198
606000
1000
電子から成ります
10:19
Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.
199
607000
5000
中性子や陽子でさえ、その中にクォークというより小さな粒子を持っています
10:24
That is where conventional ideas stop.
200
612000
3000
伝統的な考えではここで終わりでした
10:27
Here is the new idea of string theory.
201
615000
2000
ここからがひも理論の新しい考え方です
10:29
Deep inside any of these particles, there is something else.
202
617000
5000
これらの粒子の奥深くには、何か別なものがあります
10:34
This something else is this dancing filament of energy.
203
622000
3000
それはこのような踊るエネルギーの繊維です
10:37
It looks like a vibrating string --
204
625000
2000
振動するひものように見えるので
10:39
that's where the idea, string theory comes from.
205
627000
2000
ひも理論という名前がつきました
10:41
And just like the vibrating strings that you just saw in a cello
206
629000
3000
振動するひもはチェロを見ればわかるように
10:44
can vibrate in different patterns,
207
632000
2000
異なるパターンで振動できますが
10:46
these can also vibrate in different patterns.
208
634000
2000
エネルギーのひもでも同じことが言えます
10:48
They don't produce different musical notes.
209
636000
2000
異なる音程を生み出すことはありませんが
10:50
Rather, they produce the different particles making up the world around us.
210
638000
4000
この世界を構成している異なる粒子を生み出すのです
10:54
So if these ideas are correct,
211
642000
1000
もしこの考えが正しければ
10:55
this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.
212
643000
5000
宇宙の超微細な光景はこのように見えるでしょう
11:00
It's built up of a huge number
213
648000
2000
宇宙は、膨大な数の小さな振動する
11:02
of these little tiny filaments of vibrating energy,
214
650000
4000
エネルギーの繊維が、異なる振動数で震えることによって
11:06
vibrating in different frequencies.
215
654000
2000
作り出されているのです
11:08
The different frequencies produce the different particles.
216
656000
3000
異なる振動数は異なる粒子を作り出します
11:11
The different particles are responsible
217
659000
3000
それらの異なる粒子が
11:14
for all the richness in the world around us.
218
662000
3000
この世界の多様性を生み出しているのです
11:17
And there you see unification,
219
665000
2000
ここに統一性があります
11:19
because matter particles, electrons and quarks,
220
667000
3000
物質粒子、電子とクォーク、放射粒子、
11:22
radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.
221
670000
6000
光子、重力子がすべてひとつの存在から作り上げられることになるからです
11:28
So matter and the forces of nature all are put together
222
676000
4000
自然界の物質と力の全てが振動するひもの指示のもとで
11:32
under the rubric of vibrating strings.
223
680000
2000
組み立てられるのです
11:34
And that's what we mean by a unified theory.
224
682000
4000
それが統一理論の意味するところです
11:38
Now here is the catch.
225
686000
2000
問題点もあります
11:40
When you study the mathematics of string theory,
226
688000
3000
ひも理論の数学を学ぶと
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
それが3次元の空間を持つ
11:45
in a universe that just has three dimensions of space.
228
693000
3000
宇宙では上手く働かないことに気づきます
11:48
It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.
229
696000
4000
4次元でも、5次元でも、6次元でも上手くいきません
11:52
Finally, you can study the equations, and show that it works
230
700000
4000
10次元の空間と1次元の時間を持つ
11:56
only in a universe that has 10 dimensions of space
231
704000
4000
宇宙の中でのみ、その方程式を解いてそれが成立する
12:00
and one dimension of time.
232
708000
2000
ことを示すことができるのです
12:02
It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --
233
710000
5000
このことが私たちをカルツァとクラインの考え方へと導き戻します
12:07
that our world, when appropriately described,
234
715000
3000
この世界は、適切に描写されたならば
12:10
has more dimensions than the ones that we see.
235
718000
3000
我々に見えるよりも多くの次元を持つという考えです
12:13
Now you might think about that and say, well,
236
721000
3000
このことを考えて、よし、いいだろう
12:16
OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,
237
724000
3000
もし余剰次元があってそれらが本当にぎゅっと巻き上げられているのなら
12:19
yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.
238
727000
4000
小さすぎて多分見えないのだろうと思われるかもしれません
12:23
But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,
239
731000
3000
でももしそこに緑色の人々による微細な文明があって
12:26
and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.
240
734000
5000
それも小さ過ぎて見えないとすれば
12:31
One of the other predictions of string theory --
241
739000
3000
ひも理論が予言するには－
12:34
no, that's not one of the other predictions of string theory.
242
742000
3000
いや、違います ひも理論はそんな予言はしていませんが
12:37
(Laughter)
243
745000
1000
（笑）
12:38
But it raises the question:
244
746000
2000
でも次の疑問が湧いてきます
12:40
are we just trying to hide away these extra dimensions,
245
748000
2000
我々は、ただこれらの余剰次元を隠してしまおうとしているのか
12:42
or do they tell us something about the world?
246
750000
3000
それともそれらはこの世界について何かを教えてくれるのか？
12:45
In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.
247
753000
4000
残りの時間で、余剰次元の2つの特徴を話したいと思います
12:49
First is, many of us believe that these extra dimensions
248
757000
4000
まず、私たちの多くはこれらの余剰次元は
12:53
hold the answer to what perhaps is the deepest question
249
761000
4000
恐らくは理論物理学と理論科学にとって最も深い疑問に対する
12:57
in theoretical physics, theoretical science.
250
765000
3000
答えを持っているだろうと考えています
13:00
And that question is this: when we look around the world,
251
768000
4000
その疑問とはこのようなものです：科学者たちがこの100年間してきたように
13:04
as scientists have done for the last hundred years,
252
772000
2000
世界を見渡すと
13:06
there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.
253
774000
4000
我々の世界を表す20ほどの数があるように思えます
13:10
These are numbers like the mass of the particles,
254
778000
3000
電子やクォークといった粒子の質量や
13:13
like electrons and quarks, the strength of gravity,
255
781000
2000
重力の強さ、電磁力の強さ
13:15
the strength of the electromagnetic force --
256
783000
2000
といった数です
13:17
a list of about 20 numbers
257
785000
2000
これら20ほどの数は
13:19
that have been measured with incredible precision,
258
787000
3000
信じられないほどの正確さで計測されていますが
13:22
but nobody has an explanation
259
790000
2000
なぜそれらの数が特定の値を持つのか
13:24
for why the numbers have the particular values that they do.
260
792000
4000
ということは誰も説明できないのです
13:28
Now, does string theory offer an answer?
261
796000
3000
ひも理論ならば答えられるのでしょうか
13:31
Not yet.
262
799000
1000
今はまだ無理です
13:32
But we believe the answer for why those numbers have the values they do
263
800000
4000
でも私たちはなぜそれらの数が今の値を持っているのかという答えは
13:36
may rely on the form of the extra dimensions.
264
804000
3000
余剰次元の形に関係しているかもしれないと考えています
13:39
And the wonderful thing is, if those numbers
265
807000
2000
驚くべきことは、もしそれらの数が
13:41
had any other values than the known ones,
266
809000
3000
知られている値とは別の値を取ったならば
13:44
the universe, as we know it, wouldn't exist.
267
812000
3000
私たちの知るこの宇宙は存在していないだろうということです
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
これは深い問いです
13:48
Why are those numbers so finely tuned
269
816000
2000
なぜそれらの数はこれほど見事に調整されて
13:50
to allow stars to shine and planets to form,
270
818000
2000
星々が輝き惑星が形成され得るようになっているのか
13:52
when we recognize that if you fiddle with those numbers --
271
820000
3000
もしあなたがそれらの数をいじることができるならば－
13:55
if I had 20 dials up here
272
823000
2000
もし私が20のダイヤルをここに持っていて
13:57
and I let you come up and fiddle with those numbers,
273
825000
2000
誰かにそれらの数をいじってもらったならば
13:59
almost any fiddling makes the universe disappear.
274
827000
4000
ほとんどどんないじり方をしても宇宙は消え去るでしょう
14:03
So can we explain those 20 numbers?
275
831000
3000
私たちはそれらの20の数を説明できるのでしょうか？
14:06
And string theory suggests that those 20 numbers
276
834000
2000
ひも理論は、それらの20の数は
14:08
have to do with the extra dimensions.
277
836000
2000
余剰次元と何らかの関係があると示唆しています
14:10
Let me show you how.
278
838000
2000
どのようにかをお見せしましょう
14:12
So when we talk about the extra dimensions in string theory,
279
840000
4000
ひも理論における余剰次元の話をする時
14:16
it's not one extra dimension,
280
844000
2000
それはカルツァとクラインが考えたような
14:18
as in the older ideas of Kaluza and Klein.
281
846000
4000
ひとつの余剰次元ではありません
14:22
This is what string theory says about the extra dimensions.
282
850000
3000
これがひも理論における余剰次元の考え方です
14:25
They have a very rich, intertwined geometry.
283
853000
3000
高次の次元たちは密接に関連しあっています
14:28
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --
284
856000
4000
これは、カラビ ヤオ多様体として知られるものの例です
14:32
name isn't all that important.
285
860000
2000
名前は重要ではありません
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
でもご覧いただけるように
14:36
the extra dimensions fold in on themselves
287
864000
3000
余剰次元たちはそれら自身で畳み込まれていて
14:39
and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.
288
867000
4000
とても面白い形、興味深い構造で関連しあっています
14:43
And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,
289
871000
5000
もし余剰次元がこのような姿をしているのならば
14:48
then the microscopic landscape of our universe all around us
290
876000
4000
我々の周りにあるこの宇宙の微視的な景観は
14:52
would look like this on the tiniest of scales.
291
880000
2000
最も小さな尺度ではこのように見えることでしょう
14:54
When you swing your hand,
292
882000
1000
手を振ると
14:55
you'd be moving around these extra dimensions over and over again,
293
883000
3000
これら余剰次元の間を幾度も動き回っていることになります
14:58
but they're so small that we wouldn't know it.
294
886000
2000
でもそれらがあまりにも小さいので気づかないのです
15:00
So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
295
888000
3000
では、20の数に関連する物理的な意味合いとは何でしょうか？
15:03
Consider this. If you look at the instrument, a French horn,
296
891000
3000
これをご覧下さい フレンチホルンを見ると
15:06
notice that the vibrations of the airstreams
297
894000
3000
気流の振動は
15:09
are affected by the shape of the instrument.
298
897000
2000
楽器の形に影響されることがわかるはずです
15:11
Now in string theory,
299
899000
2000
ひも理論では
15:13
all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.
300
901000
3000
すべての数はひもの振動できる様式を反映したものです
15:16
So just as those airstreams
301
904000
2000
だから気流が
15:18
are affected by the twists and turns in the instrument,
302
906000
3000
楽器のねじれや回転に影響されたように
15:21
strings themselves will be affected
303
909000
2000
ひも自身も自らが動く環境の中での
15:23
by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.
304
911000
4000
振動パターンに影響されるでしょう
15:27
So let me bring some strings into the story.
305
915000
2000
ひもを登場させます
15:29
And if you watch these little fellows vibrating around --
306
917000
3000
もしこれらの小さなひもが振動していたら－
15:32
they'll be there in a second -- right there,
307
920000
2000
間もなく現れます－ほらそこに
15:34
notice that they way they vibrate is affected
308
922000
2000
余剰次元の形状によって
15:36
by the geometry of the extra dimensions.
309
924000
2000
ひもの振動が影響されているのがおわかりでしょう
15:38
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --
310
926000
3000
もし高次の次元たちの姿を正確に知ることができれば－
15:41
we don't yet, but if we did --
311
929000
2000
今はまだですが、もしそうできれば－
15:43
we should be able to calculate the allowed notes,
312
931000
3000
作り出され得る響き、つまり振動パターンを
15:46
the allowed vibrational patterns.
313
934000
2000
計算することができるでしょう
15:48
And if we could calculate the allowed vibrational patterns,
314
936000
3000
そしてもし可能な振動パターンを計算できれば
15:51
we should be able to calculate those 20 numbers.
315
939000
3000
お話ししてきた20の数を計算することもできるはずです
15:54
And if the answer that we get from our calculations
316
942000
4000
もしその計算から得られた答えが
15:58
agrees with the values of those numbers
317
946000
2000
細かくて正確な実験を
16:00
that have been determined
318
948000
2000
通して得られた
16:02
through detailed and precise experimentation,
319
950000
3000
それらの数の値と一致したならば
16:05
this in many ways would be the first fundamental explanation
320
953000
5000
そのことは多くの点でなぜ宇宙がこのような構造をしているのかということに対する
16:10
for why the structure of the universe is the way it is.
321
958000
5000
初めての根本的な説明になるでしょう
16:15
Now, the second issue that I want to finish up with is:
322
963000
3000
最後に話したい2番目の問題はこれです：
16:18
how might we test for these extra dimensions more directly?
323
966000
5000
どのようにしてこれらの余剰次元をより直接的に検証することができるのか？
16:23
Is this just an interesting mathematical structure
324
971000
3000
これは今まで説明されていなかった世界についての
16:26
that might be able to explain
325
974000
2000
特徴を説明できるかもしれない
16:28
some previously unexplained features of the world,
326
976000
5000
興味深い数学的な構造にすぎないのでしょうか、
16:33
or can we actually test for these extra dimensions?
327
981000
3000
それとも私たちは実際に余剰次元を検証することができるのでしょうか？
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting --
328
984000
2000
これは、本当に心が躍ることですが
16:38
that in the next five years or so we may be able to test
329
986000
4000
5年ばかり経てばこれら余剰次元の存在を
16:42
for the existence of these extra dimensions.
330
990000
3000
検証できるようになるかもしれません
16:45
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,
331
993000
4000
どういうことかと言うと スイスのジュネーブにあるCERNでは
16:49
a machine is being built called the Large Hadron Collider.
332
997000
4000
大型ハドロン衝突型加速器と呼ばれる機械が建設されています
16:53
It's a machine that will send particles around a tunnel,
333
1001000
3000
粒子を光に近い速さで反対向きに
16:56
opposite directions, near the speed of light.
334
1004000
2000
トンネルに送り込む機械です
16:58
Every so often those particles will be aimed at each other,
335
1006000
4000
しばしば、それらの粒子はお互いを目がけていくでしょう
17:02
so there's a head-on collision.
336
1010000
2000
それで正面衝突が起きます
17:04
The hope is that if the collision has enough energy,
337
1012000
4000
期待しているのは もし衝突が十分なエネルギーを生み出せば
17:08
it may eject some of the debris from the collision
338
1016000
3000
衝突による破片の一部を我々の次元から追い出して
17:11
from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.
339
1019000
5000
他の次元に入り込ませることができるかもしれないということです
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
どうやってそれを知ることができるのか？
17:18
Well, we'll measure the amount of energy after the collision,
341
1026000
3000
衝突の後にエネルギーの量を計測して
17:21
compare it to the amount of energy before,
342
1029000
2000
衝突前のエネルギー量と比べます
17:23
and if there's less energy after the collision than before,
343
1031000
4000
衝突後の方がエネルギーが少なければ
17:27
this will be evidence that the energy has drifted away.
344
1035000
2000
エネルギーが流れ出したことの証明になります
17:29
And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,
345
1037000
3000
もしその流出が我々に計算できる正しいパターンに従っていれば
17:32
this will be evidence that the extra dimensions are there.
346
1040000
3000
これが余剰次元の存在を証明することになるでしょう
17:35
Let me show you that idea visually.
347
1043000
2000
この考え方を視覚的にお見せしましょう
17:37
So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --
348
1045000
3000
重力子と呼ばれる粒子を思い浮かべてください
17:40
that's the kind of debris we expect to be ejected out,
349
1048000
4000
我々は、もし余剰次元が実在するならこれが押し出される
17:44
if the extra dimensions are real.
350
1052000
2000
破片になるのではないかと考えています
17:46
But here's how the experiment will go.
351
1054000
1000
実験はこのように行われます
17:47
You take these particles. You slam them together.
352
1055000
3000
これらの重力子を手にとって、強くたたき合わせます
17:50
You slam them together, and if we are right,
353
1058000
2000
もし私たちが正しければ
17:52
some of the energy of that collision
354
1060000
2000
その衝突によるエネルギーの一部が
17:54
will go into debris that flies off into these extra dimensions.
355
1062000
4000
かけらになって余剰次元へと飛んでいきます
17:58
So this is the kind of experiment
356
1066000
2000
こうした実験を
18:00
that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.
357
1068000
4000
これからの5年、7年から10年後あたりにやろうとしています
18:04
And if this experiment bears fruit,
358
1072000
3000
もしこの実験が実を結んで
18:07
if we see that kind of particle ejected
359
1075000
3000
その種の粒子が押し出されたことを
18:10
by noticing that there's less energy in our dimensions
360
1078000
3000
当初よりも我々の次元でのエネルギーが減ったことで
18:13
than when we began,
361
1081000
2000
把握できれば
18:15
this will show that the extra dimensions are real.
362
1083000
3000
余剰次元の存在を示すことになるでしょう
18:18
And to me this is a really remarkable story,
363
1086000
3000
私にとってこれは本当に注目すべき話であり
18:21
and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --
364
1089000
4000
大きな機会です ニュートンによる絶対空間の考えは
18:25
didn't provide anything but an arena, a stage
365
1093000
2000
宇宙で物事が起こる場や舞台を
18:27
in which the events of the universe take place.
366
1095000
2000
提供したに過ぎませんでした
18:29
Einstein comes along and says,
367
1097000
2000
アインシュタインが現れて
18:31
well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.
368
1099000
3000
時空は歪んだり曲がったりすることができ、それが重力だと言いました
18:34
And now string theory comes along and says,
369
1102000
4000
そして今、ひも理論はこう言います
18:38
yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,
370
1106000
3000
重力と量子力学、電磁力は
18:41
all together in one package,
371
1109000
2000
すべて同じところに由来している
18:43
but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.
372
1111000
4000
ただし、もし宇宙が我々に見えるよりも多くの次元を持っていればの話だけれど、と
18:47
And this is an experiment that may test for them in our lifetime.
373
1115000
5000
これは私たちが生きている間にそれを検証するかもしれない実験です
18:52
Amazing possibility.
374
1120000
2000
ものすごい可能性を秘めています
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
どうもありがとう
18:56
(Applause)
376
1124000
7000
（拍手）
ABOUT THE SPEAKER
Brian Greene - PhysicistBrian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe.
Why you should listen
Greene, a professor of physics and mathematics at Columbia University, has focused on unified theories for more than 25 years, and has written several best-selling and non-technical books on the subject including The Elegant Universe, a Pulitzer finalist, and The Fabric of the Cosmos — each of which has been adapted into a NOVA mini-series. His latest book, The Hidden Reality, explores the possibility that our universe is not the only universe.
Greene believes science must be brought to general audiences in new and compelling ways, such as his live stage odyssey, Icarus at the Edge of Time, with original orchestral score by Philip Glass, and the annual World Science Festival, which he co-founded in 2008 with journalist Tracy Day.
Brian Greene | Speaker | TED.com