TEDxCaltech
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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宇宙学者のショーン・キャロルがTEDxCaltechにおいて、時間と宇宙の本質を愉快にかつ刺激的に紹介し、一見簡単そうにも見える問題「なぜ時間が存在するのか？」に挑みます。その可能な答えは、宇宙の本質および宇宙における私たちの立場に関する驚くべき見解を示唆します。
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio
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00:15
The universe
0
0
2000
宇宙は
00:17
is really big.
1
2000
2000
実に広大です
00:19
We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy.
2
4000
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
7000
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
10000
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
12000
2000
シャッターを
00:29
and you just keep the shutter open,
6
14000
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
16000
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
19000
2000
このようなものが見えます
00:36
Every one of these little blobs
9
21000
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
24000
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
26000
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
29000
3000
観測できる限りの宇宙には
00:47
in the observable universe.
13
32000
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
34000
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
36000
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
39000
2000
犬年齢で言う１千億年です
00:56
(Laughter)
17
41000
2000
（笑）
00:58
Which tells you something about our place in the universe.
18
43000
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
46000
2000
このような非常に美しい写真は
01:03
It's extremely beautiful.
20
48000
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
50000
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
53000
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
56000
2000
進化させた進化の要因は
01:13
when they didn't have any.
24
58000
2000
何だろうとよく考えます
01:15
But we would also like to understand it.
25
60000
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
62000
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
66000
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
69000
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
72000
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
74000
2000
さらに遠い銀河を見ると
01:31
it would be moving away faster.
31
76000
2000
もっと速く遠ざかっています
01:33
So we say the universe is expanding.
32
78000
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
80000
2000
つまり 過去の銀河はお互い
01:37
things were closer together.
34
82000
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
84000
2000
昔の宇宙は今より密度が高く
01:41
and it was also hotter.
36
86000
2000
温度も高かったのです
01:43
If you squeeze things together, the temperature goes up.
37
88000
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
90000
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
92000
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
94000
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
97000
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
99000
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
101000
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
103000
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
106000
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
109000
2000
非常に異なっていました
02:06
In particular, things were a lot denser.
47
111000
2000
特に物体の密度はもっと高く
02:08
The gravitational pull of things
48
113000
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
115000
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
117000
2000
考えてみてください
02:14
is we have a universe with a hundred billion galaxies,
51
119000
2000
宇宙には１千億の銀河があり
02:16
a hundred billion stars each.
52
121000
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
123000
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
126000
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
129000
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
131000
2000
その圧縮をどう行うか考えてみると
02:28
without any imperfections,
57
133000
2000
完璧でなくてはならず
02:30
without any little spots
58
135000
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
137000
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
139000
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
142000
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
144000
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
147000
2000
繊細な調節が必要です
02:44
It's a clue
64
149000
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
151000
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
153000
2000
何かがそうさせたのです
02:50
We would like to know what.
67
155000
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
157000
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
160000
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
163000
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
166000
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
168000
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
171000
2000
ボルツマンは方程式を作り―
03:08
engraved on his tombstone now --
74
173000
2000
彼の墓石に刻まれていますが―
03:10
that really quantifies what entropy is.
75
175000
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
177000
2000
基本的にはエントロピーとは
03:14
that entropy is the number of ways
77
179000
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
181000
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
184000
2000
並び替えられるかです
03:21
If you have the air in this room,
80
186000
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
188000
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
191000
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
193000
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
195000
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
197000
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
199000
2000
これは非常に重要な見識です
03:36
because it helps us explain
87
201000
2000
熱力学第二法則の
03:38
the second law of thermodynamics --
88
203000
2000
説明に役立つからです
03:40
the law that says that entropy increases in the universe,
89
205000
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
208000
2000
隔離された宇宙の片隅もそうです
03:45
The reason why entropy increases
91
210000
2000
なぜ増加するかと言うと
03:47
is simply because there are many more ways
92
212000
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
215000
2000
状態の方が多いからです
03:52
That's a wonderful insight,
94
217000
2000
これは素晴らしい見識ですが
03:54
but it leaves something out.
95
219000
2000
欠けているものがあります
03:56
This insight that entropy increases, by the way,
96
221000
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
223000
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
226000
2000
過去と未来の違いです
04:03
Every difference that there is
99
228000
2000
過去と未来の間にある
04:05
between the past and the future
100
230000
2000
違いのすべては
04:07
is because entropy is increasing --
101
232000
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
234000
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
237000
3000
人は生まれ 生き 死ぬという事実
04:15
always in that order,
104
240000
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
242000
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
244000
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
246000
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
248000
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
251000
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
253000
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
256000
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
258000
2000
初期の宇宙が非常に
04:35
that the early universe was very, very smooth.
113
260000
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
262000
2000
これを理解したいのです
04:39
That's our job as cosmologists.
115
264000
2000
それが宇宙学者の使命です
04:41
Unfortunately, it's actually not a problem
116
266000
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
268000
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
270000
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
272000
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
274000
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
276000
2000
これが課題であると理解した１人は
04:53
was Richard Feynman.
122
278000
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
280000
2000
50年前に様々な講座を教え
04:57
He gave the popular lectures
124
282000
2000
のちに「物理法則の特性」として
04:59
that became "The Character of Physical Law."
125
284000
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
286000
2000
Caltechの学部生向けの講義が
05:03
that became "The Feynman Lectures on Physics."
127
288000
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
290000
2000
Caltechの院生向けの講義が
05:07
that became "The Feynman Lectures on Gravitation."
129
292000
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
294000
3000
彼はこれら全部の本と講義で
05:12
he emphasized this puzzle:
131
297000
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
299000
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
302000
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
304000
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
307000
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
310000
2000
その後高くなったのである
05:27
The arrow of time cannot be completely understood
137
312000
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
315000
3000
臆測から理解となるまで
05:33
are reduced still further
139
318000
2000
この時間の方向性を完全に
05:35
from speculation to understanding."
140
320000
2000
理解することはできない」
05:37
So that's our job.
141
322000
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
324000
2000
50年前の話ですから「さすがに
05:41
"we've figured it out by now."
143
326000
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
328000
2000
でも解明していません
05:45
The reason the problem has gotten worse,
145
330000
2000
この課題は解明に近づく代わりに
05:47
rather than better,
146
332000
2000
遠ざかりました
05:49
is because in 1998
147
334000
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
336000
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
339000
2000
宇宙は加速していたのです
05:56
The universe is not only expanding.
150
341000
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
343000
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
345000
2000
でも10億年後に再び見たら
06:02
it will be moving away faster.
153
347000
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
350000
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
353000
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
355000
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
357000
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
359000
2000
少なくとも優れた学説があり
06:16
if that theory is right,
159
361000
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
363000
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
365000
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
368000
3000
空間の隅々まで
06:26
whether or not there's stuff,
163
371000
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
373000
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
375000
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
378000
2000
アインシュタインによると
06:35
exerts a push on the universe.
167
380000
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
383000
2000
銀河を押し離す
06:40
that pushes galaxies apart from each other.
169
385000
2000
果てしない力積なのです
06:42
Because dark energy, unlike matter or radiation,
170
387000
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
390000
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
393000
2000
たとえ宇宙がどんどん広くなっても
06:50
remains the same,
173
395000
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
397000
2000
変わらないのです
06:54
This has crucial implications
175
399000
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
402000
3000
重要な意味合いを持ちます
07:00
For one thing, the universe will expand forever.
177
405000
2000
まず 宇宙は永遠に膨張します
07:02
Back when I was your age,
178
407000
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
409000
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
411000
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
414000
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
416000
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
419000
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
422000
2000
過去は140億年
07:19
100 billion dog years,
185
424000
2000
犬年齢でも１千億年
07:21
but an infinite number of years into the future.
186
426000
3000
でも未来の年数は無限なのです
07:24
Meanwhile, for all intents and purposes,
187
429000
3000
一方 私たちからはどうしても
07:27
space looks finite to us.
188
432000
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
434000
2000
有限かも無限かもしれませんが
07:31
but because the universe is accelerating,
190
436000
2000
宇宙は加速しているので
07:33
there are parts of it we cannot see
191
438000
2000
今までもこれからも私たちが
07:35
and never will see.
192
440000
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
442000
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
444000
2000
限られた領域だけだからです
07:41
So even though time goes on forever,
195
446000
2000
ですから時間が永遠でも
07:43
space is limited to us.
196
448000
2000
私たちの宇宙は限られています
07:45
Finally, empty space has a temperature.
197
450000
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
453000
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
455000
2000
ブラックホールは暗黒に見えても
07:52
it actually emits radiation
200
457000
2000
量子力学を考慮すると
07:54
when you take into account quantum mechanics.
201
459000
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
461000
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
464000
3000
量子力学的な揺らぎを生み出し
08:02
and the black hole radiates.
204
467000
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
469000
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
472000
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
475000
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
478000
2000
何もない空間のエネルギーが
08:15
brings to life quantum fluctuations.
209
480000
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
482000
2000
つまり宇宙が永遠に続いて
08:19
and ordinary matter and radiation will dilute away,
211
484000
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
487000
2000
一定の放射物や熱揺動は
08:24
some thermal fluctuations,
213
489000
2000
何もない空間にでも
08:26
even in empty space.
214
491000
2000
存在し続けるのです
08:28
So what this means
215
493000
2000
つまり宇宙は
08:30
is that the universe is like a box of gas
216
495000
2000
永遠に無くならない気体が入った
08:32
that lasts forever.
217
497000
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
499000
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
501000
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
504000
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
507000
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
509000
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
512000
3000
でもこれは確率的な話です
08:50
It will probably increase,
224
515000
2000
たぶん増加するだろうし
08:52
and the probability is enormously huge.
225
517000
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
519000
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
521000
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
525000
2000
まずあり得ないことです
09:02
Except if they locked the doors
229
527000
2000
ただドアが閉鎖され
09:04
and kept us here literally forever,
230
529000
2000
永遠に出られないとしたら
09:06
that would happen.
231
531000
2000
いずれ起こることです
09:08
Everything that is allowed,
232
533000
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
535000
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
538000
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
540000
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
543000
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
545000
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
548000
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
551000
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
553000
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
555000
3000
空気の分子があらゆる場所に均等に
09:33
the everything molecules.
242
558000
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
560000
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
563000
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
566000
2000
低エントロピーな状態を
09:43
into lower entropy configurations.
246
568000
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
570000
2000
もちろんその後自然に
09:47
they will expand back.
248
572000
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
574000
2000
常に増加する必要はなく
09:51
you can get fluctuations into lower entropy,
250
576000
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
579000
2000
なることもあるのです
09:56
Well if that's true,
252
581000
2000
それが本当ならどうなるだろうと
09:58
Boltzmann then goes onto invent
253
583000
2000
ボルツマンは非常に近代的な
10:00
two very modern-sounding ideas --
254
585000
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
587000
3000
多元宇宙論と人間原理です
10:05
He says, the problem with thermal equilibrium
256
590000
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
592000
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
594000
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
597000
2000
情報を処理することも
10:14
metabolize, walk and talk,
260
599000
2000
代謝や歩いたりしゃべったりも
10:16
if we lived in thermal equilibrium.
261
601000
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
603000
2000
もし非常に広大な宇宙があり
10:20
an infinitely big universe,
263
605000
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
607000
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
609000
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
612000
2000
時々起こります
10:29
But there will also be large fluctuations.
267
614000
2000
でも大きな揺動もあります
10:31
Occasionally, you will make a planet
268
616000
2000
まれに惑星を作ったり
10:33
or a star or a galaxy
269
618000
2000
恒星や銀河や
10:35
or a hundred billion galaxies.
270
620000
2000
１千億の銀河を作ったりします
10:37
So Boltzmann says,
271
622000
2000
そこでボルツマンは
10:39
we will only live in the part of the multiverse,
272
624000
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
627000
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
630000
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
632000
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
634000
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
637000
2000
１つなのかもしれません
10:54
Now your homework assignment
278
639000
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
641000
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
643000
2000
カール・セーガンが
11:00
that "in order to make an apple pie,
281
645000
2000
｢アップルパイを作るには
11:02
you must first invent the universe."
282
647000
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
650000
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
652000
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
655000
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
658000
2000
待てばいいだけとなります
11:15
That will happen much more frequently
287
660000
2000
こうなる確率の方が
11:17
than the random motions of atoms
288
662000
2000
原子がランダムに動いて
11:19
making you an apple orchard
289
664000
2000
りんご林を作り
11:21
and some sugar and an oven,
290
666000
2000
砂糖やオーブンを作って
11:23
and then making you an apple pie.
291
668000
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
670000
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
673000
2000
その予測はと言うと
11:30
that the fluctuations that make us are minimal.
294
675000
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
678000
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
681000
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
683000
2000
外にはCaltechがあり米国があり
11:40
but our impression that outside there's something
298
685000
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
687000
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
691000
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
694000
2000
原子がランダムに揺動して
11:51
into Caltech, the United States and the galaxy.
302
696000
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
699000
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
701000
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
704000
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
707000
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
709000
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
711000
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
713000
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
717000
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
719000
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
721000
2000
そこに見えるものとは違う
12:18
high entropy.
313
723000
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
725000
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
727000
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
729000
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
733000
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
736000
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
738000
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
741000
3000
お答えしたいのですが時間がありません
12:39
(Laughter)
321
744000
2000
（笑）
12:41
Here is the universe that we tell you about,
322
746000
2000
説明されている宇宙に対し
12:43
versus the universe that really exists.
323
748000
2000
実際に存在する宇宙はこうです
12:45
I just showed you this picture.
324
750000
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
752000
2000
100億年間 宇宙は膨張してきて
12:49
It's cooling off.
326
754000
2000
冷却しつつあります
12:51
But we now know enough about the future of the universe
327
756000
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.
328
758000
2000
もっと説明できます
12:55
If the dark energy remains around,
329
760000
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
762000
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
765000
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
767000
2000
ブラックホール以外何もない
13:04
with nothing in it but black holes.
333
769000
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
771000
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
775000
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
777000
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.
337
779000
2000
でもブラックホールも永遠でなく
13:16
They will evaporate,
338
781000
2000
蒸発して
13:18
and we will be left with nothing but empty space.
339
783000
2000
何もない空間だけが残ります
13:20
That empty space lasts essentially forever.
340
785000
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
789000
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
792000
2000
実際に熱揺動があります
13:29
and it cycles around
343
794000
2000
そして何もない空間の
13:31
all the different possible combinations
344
796000
2000
自由度内で可能な
13:33
of the degrees of freedom that exist in empty space.
345
798000
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
801000
2000
つまり永遠であっても
13:38
there's only a finite number of things
347
803000
2000
宇宙で起こりうることの
13:40
that can possibly happen in the universe.
348
805000
2000
数は限られているわけです
13:42
They all happen over a period of time
349
807000
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
809000
3000
すべてのことが起こります
13:47
So here's two questions for you.
351
812000
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
814000
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
817000
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
819000
3000
ビッグバンの残光のある
13:57
in the warm, comfortable afterglow of the Big Bang?
355
822000
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
825000
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
827000
2000
｢生命があり得ないから｣と
14:04
but that's not right.
358
829000
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
831000
2000
無から生まれた揺動であり得るのに
14:08
Why aren't you?
360
833000
2000
皆さんがそうでないのはなぜ？
14:10
More homework assignment for you.
361
835000
3000
これも宿題です
14:13
So like I said, I don't actually know the answer.
362
838000
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
840000
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
842000
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
845000
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
847000
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
851000
2000
または ｢ビッグバンは
14:28
is not the beginning of the universe.
368
853000
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
855000
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
858000
2000
でも冷蔵庫を開けて
14:35
we do not go, "Hah, how surprising to find
371
860000
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
862000
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
864000
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
867000
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
869000
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
873000
2000
私たちの宇宙を
14:50
through the growth of the laws of physics,
377
875000
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
878000
2000
物理の法則に則った
14:55
in low entropy configurations.
379
880000
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
882000
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
884000
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
887000
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
889000
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
892000
2000
私の大胆な推測は
15:09
is that I will be absolutely vindicated by history.
385
894000
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
897000
2000
そして50年後には
15:14
all of my current wild ideas will be accepted as truths
387
899000
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
902000
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
905000
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
907000
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
910000
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
913000
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
915000
2000
できるようになるでしょう
15:32
This is a prediction. I might be wrong.
394
917000
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
395
919000
2000
でも私たちは人類として
15:36
about what the universe was like,
396
921000
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.
397
923000
3000
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.
398
926000
3000
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.
399
929000
2000
ありがとう
15:46
(Applause)
400
931000
2000
（拍手）
ABOUT THE SPEAKER
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologistA physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe.
Why you should listen
Sean Carroll is a theoretical physicist at Caltech in Pasadena, California, where he researches theoretical aspects of cosmology, field theory and gravitation -- exploring the nature of fundamental physics by studying the structure and evolution of the universe.
His book on cosmology and the arrow of time, From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time, was published in 2010. He keeps a regular blog at Cosmic Variance.
Sean M. Carroll | Speaker | TED.com