科学・数理(サイエンス)」カテゴリーアーカイブ

重力波観測、アメリカの研究グループ「LIGO」

現在、2月12日午前1時、アメリカのマサチューセッツ工科大学(MIT)などの研究グループ「LIGO(ライゴ)」が重力波を検出したという報告が生中継されている。この話題については2日前の僕のブログでも「噂」であると断ったうえで触れたが、今、正式に発表されることとなった。

重力波は巨大な物体の運動によって生じるもので、今回検出された重力波はブラックホール同士の衝突によって生じたものであるらしい。重力波は約100年前にアインシュタインによって提唱された「一般相対性理論」によって予言された現象だ。

アインシュタインの相対性理論には、1916年に提唱された「一般相対性理論」とは別に、その十年前、1905年に提唱された「特殊相対性理論」がある。この理論の名前とは違い、特殊相対性理論の方が非常に一般的な理論で、一般相対性理論の方がかなり特殊である。特殊相対性理論は全ての物理理論の基礎理論と言えるが、一般相対性理論は別名「重力理論」と言われている。ニュートンの重力理論に代わる理論として一般相対性理論が提唱された。

日本の一般相対性理論の大家と言えば、20世紀中ごろに活躍された内山龍雄(うちやまりょうゆう)博士がいる。内山博士の書かれた相対性理論の専門書は、日本の物理の研究者の間では非常に有名だ。内山博士が重力波を研究していたという話は聞いたことはないが、内山博士の教科書の中に書かれている重力波の章は長く熱が込められており、重力波に関しても想いめぐらせていたことであろう。

今回の重力波検出がこれからどのように発展するのか、重力波に詳しくない浅学な僕には想像できないが、次世代の重力理論である「量子重力理論」などにも影響するのだろうか、などと勝手に思っている。

とにかく、アインシュタインの理論が100年経って、また正しいことが証明された。100年経っても色あせないどころか、ますます重要さを増してくるアインシュタイン理論は恐るべきものである。

重力波観測成功か?(まだ噂だが・・・)、アメリカの研究グループ

今、アメリカの物理実験グループが重力波を検知したという話が出ている。とは言え、まだ噂であるが、このグループは2月11日の雑誌「ネイチャー」で発表すると言われている。噂段階でこのようなことをブログで言及するのはあまりよくないことかもしれないが、いま世界で行われている実験で未解決の最も大きな対象であることから、言及することにした。

重力波は巨大な天文学的物体の激しい運動によって発生する。僕自身は電磁気学の電磁波に対応するものと思っている。内山龍雄氏の一般相対性理論の教科書にも詳しい説明が載っているが、ぼくはその部分は軽く流してしまったので、詳しい説明を求められれば不安が残る。

日本でもノーベル賞受賞者の梶田博士らが率いる、東大宇宙線研究所の実験施設「KAGURA」が重力波検出に向けて動いており、再び大発見を狙っているが、アメリカのグループが発見したとなれば先を越されたことになる。

重力波はアインシュタインの一般相対性理論から出てくる帰結に対する最後の大問題だ。重力波が発見されればまたもやアインシュタインの正しさが検証されたことになる。ただし現在の重力の理論的研究では、ミクロの世界的、かつ高エネルギー的研究が模索され、その最終結論と言われている量子重力理論の建設へ興味が移っている。ただしこれはかなりの難問でまだ完成はしておらず、このような理論が必ず存在すると言う保証もない。

仮に今回の実験でアメリカに先を越されたとしても、まだまだ未解決問題は山積みである。重力波検出は本当なのか、新たな一歩が踏み進められたのか、2月11日の発表を待とう。

ホーキング博士「100年以内に人類は滅びる」に同感

宇宙物理学者、スティーブン・ホーキング博士が、「100年以内に人類は滅びる」と予言している。これには僕もかなり同感している。もちろんこの予想が外れることを願うのは言うまでもないが。

ホーキング博士が予想する絶滅の原因は、「人工ウィルス、軍拡競争、核戦争、地球温暖化、加速器を使った素粒子の実験」だ。核戦争などはほとんどの人が容易に推測できるが、人口ウィルスとは僕も全く予想できなかった。

この原因予想で物理学者らしいのは「加速器実験」だ。これは数年前にも世界的に話題になった。その時の結論から言うと、加速器が原因で絶滅することはないというものだが、確信は持てない。

なぜ加速器なのか?加速器というのは電子などの素粒子同士を高速(ほぼ光の速さ)で衝突させ、その崩壊の過程を観測するものだ。この加速器のエネルギーは年々高くなり、将来は加速器でブラックホールが作れるとも言われている。数年前に問題になったのは、この瞬間的にできたブラックホールが地球もろとも飲み込んでしまうのではないかというものである。果たしてそうなるのか?

実は現在の理論ではこの問いに厳密に答えを出せない。ブラックホール理論の基礎になっているのは、アインシュタインの一般相対性理論だ。しかしこの一般相対性理論はマクロな世界の理論であり、これをミクロの世界に適用するためには「量子重力理論」すなわちミクロな一般相対性理論が必要なのである。しかし現在、量子重力理論は完成していない。ついでに言うと、現在多くの物理学者が目指しているような量子重力理論が存在するかどうかも確かではない。量子重力理論が完成していない限り、加速器でできるブラックホールがどのような振る舞いをするか、正確には結論は出せない。

話を戻すが、僕は現在の人類文明は絶滅への要素をあまりにも多く持ち合わせていると考えている。ホキング博士が挙げている原因以外にも、人工知能がかなり危ないのではないかと僕は考えている。これは簡単に言うと、映画「ターミネーター」の世界である。多くの人は所詮映画の中の世界ではないかと思っているかもしれないが、現在の人工知能の発展はまさしくターミネーターの世界へまっしぐらなのである。そのXデーはいつか?それは人工知能が自分自身で学習していき、人間の知能を超えた時である。その後のことはどうなるか予測不可能である。しかし、人類は絶滅するということは僕には確かに思えるのである。

僕が現在取り組んでいる研究(勉強?)の報告

「ブレークスルーを作り出せ!」僕が15年ほど前に読んだ本に書いてあった、2014年ノーベル賞物理学者・中村修二博士の言葉だ。中村博士と言えば、青色発光ダイオードの研究で量産化に成功し、裁判では中村博士に対する発明対価は600億円というとてつもない判決を勝ち取った男だ。

研究と言ってもさまざまである。大きいものから小さいもの、基礎から応用、そして物理・化学・数学のような様々な分野がある。僕は物理・数学関係の基礎理論に興味がある。実用的なものにはあまり興味はない。こう言うとヘンコツとでも言われそうだが、数学を研究している人に実用を視野に入れている人はほとんどいない。

数学的な物理ということでしばしば「数理物理」と言われるが、この数理物理学という言葉が僕は大好きなのである。数理物理学とは分野の名前というより手法の名前であり、同じ数理物理研究者同士でも全く違う研究をしている人も多い。

現在取り組んでいる武器に「リッチフロー」というものがある。時間と空間の曲率の変化を表す方程式である。リッチフローはポアンカレ予想の解決時に大きく活躍した。多くの数学者が位相幾何学で解決しようというところに、ペレルマンはリッチフローという微分幾何学の手法で解決させ数学界を驚かせた。

そしてもう一つの武器として情報理論、特に「エンタングルメントエントロピー」という概念を習得しようとしている。これは時間の概念を理論的に明らかにするために有用だと僕は考えている。

おおざっぱに言えば、僕は幾何学の人間だ。しかし現在は分野の境界もあいまいになり、多くの研究者は幅広く深い理論を駆使して研究を行っている。

最近、世界の大学ランキングなどという非常にくだらないものが出回っており、そのランキングでは東大・京大という日本の大学のランキングは非常に低い。しかし数学・物理に限ると、東大・京大共に10位以内には確実に入ると言われている。さらに最近は名古屋大学からノーベル賞学者が何人も出ているのは有名な話だ。しかしはっきり言うと、大学名とノーベル賞は関係ないものと僕は思っている。東大に行ったからと言って、本来取れない人が取れるようになるわけでもない。

さあ、僕もナンバー1を目指して頑張るとするか。

iPS細胞のもととなる細胞の作製に成功。iRS細胞とは?

京都大学再生医科学研究所のグループが、「再プログラム化中間細胞・iRS細胞」というものの作成に成功したというニュースが入ってきた。iRS細胞とはiPS細胞になる前の、iPS細胞のもととなる細胞だ。

iPS細胞は、山中ファクターと呼ばれる4つの遺伝子を細胞に注入し作成される。今回のiRS細胞は、その4つの山中ファクターを注入した後、その細胞がiPS細胞になりきる前の細胞のようだ。iPS細胞になる前の中間状態だから、中間細胞と呼ばれる。

このiRS細胞は、非常に扱いやすい性質を持つということで注目を浴びている。具体的には遺伝子操作がしやすい、そして非常に効率よくiPS細胞を作ることができるというものだ。

iPSとiRS、一文字違いで言葉は非常に判別しづらいが、iRS細胞はiPS細胞の赤ちゃんというところであろうか。

そしてこのiRS細胞の解析で非常に期待されているのが、(僕も個人的にかなり注目している)普通の細胞に山中ファクターを注入してiPS細胞ができるメカニズムの解明だ。現在、山中ファクターを注入するとiPS細胞ができる事がわかっているが、なぜその方法でiPS細胞ができるのか、その詳しい過程は現在でもわかっておらず、ブラックボックスとなっている。すなわち実験では知られているが、理論はわからないのである。

実用的には効率よくiPS細胞が作成できるようになるということで、iRS細胞によってiPS細胞による創薬、臓器作成などの治療などの臨床が早まることも期待できるのではないかと思う。

山中伸弥教授によると、iPS細胞の研究は日本の1勝9敗だという。しかし今回のiRS細胞の成功などのように、中核となる基礎研究では日本の底力を見せることができていると言えるのではないかと僕個人的には思っている。

これからのiPS細胞・iRS細胞の研究の発展、特に日本の研究グループの活躍に期待したい。

デザイナー・ベビー(遺伝子編集赤ちゃん)

とある記事で、胚(受精卵)の遺伝子を編集して、天才を生み出すことができるかという記事を見た。現在の生命科学技術では、遺伝子を編集するということは可能であるらしい。そこで遺伝子を編集して望みの赤ちゃん(デザイナー・ベビー)が作れるのか、という問いが生まれる。胚の遺伝子操作により希望の能力を持った赤ちゃんを作ろうということは倫理的には大問題であり、許され事ではないが、ここでは倫理的な問題は横に置いておこう。

そもそも遺伝子操作によって望みどおりの赤ちゃんを作るには、その望んでいる能力が高い遺伝性を持つことが要求される。天才の遺伝性は完全に否定することはできないが、完全に肯定することもできない。確かに天才から天才が生まれるとは限らない。アインシュタインの息子が天才だとは聞いたことがない。しかし数学の世界で有名な話に、ベルヌーイ一族という人たちがいる。「一族」と言われているように、それぞれ親子・兄弟である数人の家族である。ベルヌーイ一族の数学者・物理学者たちは、いずれも世界トップレベルの著名な学者である。このように天才の遺伝が濃く見られるケースもほとんど稀であるが見られることがある。

結論から言うと、デザイナー・ベビーによって天才を作ることはほとんど不可能だという。天才の原因となる遺伝子というものはない(少なくとも現在はそのようなものはないと考えられている)。そしてそのような能力は、遺伝子の複合的な相互作用、そして育った環境によって形成されるものと思われる。そのようになると現在の技術・知識では完全に不可能だ。

このデザイナー・ベビーという問題、人間の欲とは時には非常に恐ろしいものだと考えさせられる。

あけまして おめでとうございます

皆様、新年あけましておめでとうございます。気持ちのいい新年を迎えることができましたでしょうか?

年末には、サイエンスの世界では新しい元素の存在が認められ、新元素の発見者として日本の理研が認められたというニュースが入ってきました。新しい元素は113番元素、この元素の命名権は発見者の理研が保持しており、「ジャポニウム」という名前を命名されるといわれております。ジャポニウムとはすなわちジャパン(日本)の元素ということです。ジャポニウムの命名は数十年前から日本の悲願であり、やっとその念願をかなえることができそうです。

113番元素の発見者をめぐっては、日本の理研とアメリカ・ロシアのグループが争っており、新元素の生成数はアメリカ・ロシアのグループが圧倒的に多かったのですが、データの質の高さによって日本側の主張が認められたようです。

元素に国名がつけられた例では、キュリー夫人のポロニウム(ポーランド)が有名です。最近の新元素は不安定で瞬時に崩壊してしまうため、元素の存在の確認が非常に難しくなっており、元素の確かな存在を確認した研究者(グループ)に命名権を与えられることになっております。しばらくして発売される元素の周期律表を見るのが楽しみですね。

年末年始、日本人にとってこのような嬉しいニュースが飛び込んできましたが、今年も一年、嬉しいニュースやら悲しいニュースが数多く流れてくることと思われます。

皆様今年一年、良い年でありますように。

核融合実験に成功。新たなエネルギー供給源になるか

10日、ドイツのマックスプランク研究所の研究チームが、ヘリウムの核融合反応実験に成功したと発表した。とはいえまだ初期段階で、成功した核融合状態の持続時間は0.1秒だという。しかし短時間であってもできるとできないでは大違いだ。今回の実験成功は非常に大きな成果である。将来的には30分の持続時間を目指すという。30分持続できれば商用応用化への展望が開けるという。

では核融合とは何か?一言で言うと核分裂の逆反応である。原子力などの核分裂はウランが分解することによってエネルギーを得る。しかし核融合は原子が合体することによってエネルギーを得る。身近な例は、太陽である。太陽では水素の核融合反応によってヘリウムが生成されている。その時に発生するエネルギーが我々の地球に届いているのである。

核融合では放射性廃棄物が出ないなど、原子力に比べて大きなメリットがある。そして燃料である水素はいたるところにある非常に豊富な物質だ。しかし技術的には原子力をはるかにしのぐ難しさがある。核融合炉は人工の太陽だと言われている。

現在、高速増殖炉もんじゅの存在意義が非常に問われ、もんじゅは廃炉の危機を迎えている。もんじゅのプロジェクトは失敗であると言える。夢の炉と言われたもんじゅに取って代わって、これからは核融合炉に力を入れてくることだろう。どこの国が最初に核融合炉の実用化にたどり着くか、世界で激しい競争が行われることが予想される。

金星探査機「あかつき」、金星周回軌道投入成功

9日、JAXA(宇宙航空研究開発機構)の金星探査機「あかつき」が、金星の周回軌道への投入に成功した。5年の待機の末のことだ。

7日のブログで書いたように、僕は(僕自身の独断と偏見だが)今回のあかつきのミッションは失敗するのではないかと思っていた。耐用想定年数4年をすでに超えている、主エンジンは故障しているなど、あかつきにはあまりにも負の要素が強すぎた。しかし今回、僕のネガティブな思いに反して、あかつきは無事最初のミッションをクリアした。これはもう、JAXAの研究員・技術スタッフの賜物以外の何物でもない。

そしてさっそく、あかつきが撮影した金星の写真が地球に送られてきた。鮮明で大きな金星が写っている。あかつきの本当のミッションはこれから始まる。今やっとスタート地点に立ったところだ。これからあかつきは数々のミッションをこなし、多くの成果をあげることだろう。それに伴って、金星の謎の多くが科学的に解明されるかもしれない。最近はJAXAはいいこと続きだ。H2Aロケットの打ち上げ成功、そして現在進行中の「はやぶさ2」もミッションも今のところ異常なく小惑星へ向かっている。もしかしたら僕の知らない困難を多く抱えているのかもしれないが、ニュースにならないところを見ると、大きな失敗はないのではないかと思われる。

日本の宇宙開発・宇宙産業にとって、アメリカ・ロシアは大きな壁であると言われている。しかし日本のロケットの信頼性などは世界のトップだ。今、ようやく米ロのしっぽをつかみかけたところかもしれない。これからの日本の宇宙開発の成功を祈る。

金星探査機「あかつき」、金星軌道投入に再挑戦

5年前に打ち上げられ、金星の軌道投入に失敗した金星探査機「あかつき」が、5年の歳月を経て再び軌道投入に挑戦することとなった。5年前には主エンジンが故障し、金星軌道投入に失敗し、この5年の間に太陽の周りを9周した。今回の挑戦ではもちろん壊れている主エンジンは使えないので、4基の補助エンジンを20分間全開で稼働し、投入を試みる。

宇宙航空研究開発機構(JAXA)がどれくらいの成功率を見込んでいるかわからないが、僕の見聞きした個人的な感覚では、成功率はかなり低いように感じる。おそらく(JAXA)も半分はダメもとで挑戦しようとしているのではないか。

あかつきの耐用年数は4年であるらしい。しかしすでに5年の歳月が過ぎている。もし今回の投入に成功しても、すでに耐用年数を過ぎた機体を使うことになる。投入成功後、正常に金星探査のミッションが行えるかどうかも不安が残る。しかしもし軌道投入に成功し、金星探査の成果が上げられれば、窮地からの逆転勝利ともいえる。

軌道投入挑戦は、今日7日午前である。ミッション成功を祈るばかりである。