宇宙の始まりを見つめる4つの『壁』

「プランク尺度」って何？そこに達すると物理法則が機能しなくなるってことなの？

プランク尺度というのは、ざっくり言えば、現在の物理学の法則が有効な限界です。10の−35メートル、つまり陽子よりも兆兆倍小さいスケールを指しています。 そのレベルまで物質を拡大鏡で見つめていくと、量子力学と重力理論が同じくらい強い力で働き始める。ところが、この二つは相容れない。量子の世界のルール（重ねあわせ、確率）と、アインシュタインの重力理論（時空の幾何）が矛盾を起こすんですね。 「機能しなくなる」というより、「答えを出す方法が分からなくなる」という方が正確かもしれません。私たちが持っている計算道具では、そこでの物理現象を予測できない。より小さいスケールで何が起きているのか、そもそも「スケール」という概念自体が意味を持つのかさえ、未開拓のままになっているのです。 壊れた道具を持って先に進もうとしているようなもの。だから壊れるのではなく、使えなくなるわけです。

宇宙の起源が分からないって、日常生活している人たちにとって、実際には何か影響があるの？

宇宙の起源が分からないことの影響って、直接的には生活に届かないと思われがちですが、実は構造的に届いてる部分があります。 スマートフォンの GPS、医療の PET スキャン、原子力発電——これらはすべて、現代物理学の最先端から逆算されて、日常に降りてきた技術です。宇宙の起源に近づく過程で生まれた知見が、次々と応用される。だから「宇宙の謎を解く」という基礎研究は、5年後 10年後の生活を形作ってる。 けれど、より根深い影響もありそうです。人間は「どこから来たのか」という問いに、常に何らかの答えを求める生き物です。科学がその問いに答えられない領域があることを認識するのは、自分たちの知識体系そのものに限界があることを、腑に落とすことになります。 この記事が言う「4つの壁」の分類を知ると、「分からない」が単なる「まだ分かっていない」ではなく「原理的に分かりようがない」という区別が見えてくる。それは、科学で答えられることと答えられないことの線引きを、より正直に引き直す契機になるのかもしれません。

これまで科学は『もっと高い精度の観測機器を作れば、宇宙の謎は解ける』と思ってきたけど、いつくらいから『原理的に分からないことがある』という考え方に変わったの？

20世紀初頭の量子力学と相対性理論が転機だったと言えそうです。それまで科学は、単に「技術がまだ追いついていない」という想定で進んでいた。でも量子の世界では、粒子の位置と速度を同時に測定できない（不確定性原理）という、測定の精度とは無関係な制約が見つかった。そして相対性理論は、光の速度という宇宙的な絶対速度を示した。つまり、宇宙には「もっと高い精度を目指せば越えられる壁」ではなく、「そもそもの法則として越えられない壁」があることが、物理学者たちに明確に意識され始めたわけです。 この論文が面白いのは、その「原理的な壁」をさらに細分化したという点。同じ「越えられない」でも、光だけが通れない壁と、物理法則そのものが成立しない領域とでは、全く別問題だという認識です。技術で解決する問題と、根本的に説明ができない領域を区別する眼差しが、現代物理の成熟さを表しているのだと言えそうです。

4つの壁って、要するに『どんなに技術が進んでも越えられないボーダーが存在する』ってことなんだっけ？

そう見える気持ちはすごく自然です。でも、実は微妙に違う部分がある。 4つの壁のうち、手前の2つは「技術で進める可能性が残ってる」んです。宇宙マイクロ波背景放射は、より感度の高い観測器があれば、かすかな信号をもっと遠い過去から拾えるかもしれない。重力波やニュートリノも、新しい検出方法が出れば、いま消えてると思ってる痕跡が見つかるかもしれない。ここは「現在の技術では無理」というだけ。 一方、奥の2つは根本的に違う。プランク尺度より先では、物理の法則そのものが成り立たなくなる。時間ゼロは「ゼロ秒って何か」という言葉の定義すら破綻している。これは望遠鏡を何億倍にしても、計算機がいくら強くなっても、超えられない。「できていない」じゃなくて「できない」の壁です。 つまり、4つの壁はレイヤーが違う。技術的な限界もあれば、原理的な限界もある。その境界線をはっきりさせたことが、この論文のおもしろさなんでしょう。

宇宙の始まりが分からないままだと、困る人や分野ってあるのかな？それとも『分からないこともある』って認識すること自体が、実は科学にとって重要な発見なの？

困るかどうかというより、「分からないことを分かるようにする」という科学の営みそのものが、実は壁によって変わるということなんですよね。 例えば、医学者が新しい薬を開発するときは、分子レベルの物理法則で十分です。そこに宇宙の始まりの謎は必要ない。でも宇宙物理学者にとっては、この4つの壁の存在が、次にどこへ進むべきかの道標になります。光が通れない壁なら、重力波やニュートリノで「視る」という別の手段を探す動機が生まれる。プランク尺度の壁なら、そこで既存の物理法則が破綻することが分かっているから、その向こう側で何が起きているかについては、推測ではなく「原理的に不可能」という潔い諦念ができる。 むしろ重要なのは、この4つの壁を区別したこと自体です。「宇宙の始まりは謎」という漠然とした言い方から、「どの段階で、どの理由で知識が途切れるのか」を明確にした。そうすると、各分野の研究者が「自分たちは何を目指せて、何は目指せないのか」を戦略的に判断できるようになります。科学の進め方そのものが、より賢くなるということと言えそうです。