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 10のマイナス38乗秒で、9次元の空間から我々がいる3次元の宇宙が誕生──。西村淳氏らのチームは2011年12月、「超弦(超ひも)理論」を使って宇宙の始まりに迫る研究成果を発表した。大きな役割を果たしたのがスーパーコンピュータ。宇宙の全容を解明する「完全理論」に向け第一歩を踏み出した。

2011年末に発表した研究成果が話題を集めました。

 私たちが目指しているのは、超弦理論を使って、宇宙の始まりの仕組みを解き明かすことです。超弦理論は物質の最小単位を突き詰める素粒子論の一つで、それまで最小単位と考えられていたクォークよりもさらに小さい単位として、極小のひもの振動を位置づけるものです。私は現時点での究極的な理論であると思っています。

 ただ、超弦理論には「時空の次元」に関する問題が存在します。超弦理論では理論上、宇宙は9次元空間、時間も入れると9+1次元でなければいけない。ところが、我々がいる宇宙は3+1次元です。宇宙が始まったときに9次元だった空間が3次元に丸まったと考えられるのですが、裏付けがありませんでした。

その糸口がつかめた、と。

 ええ。研究では、宇宙の始まりから時間と共にどう変化するかをスパコンを使ってシミュレーションしました。すると九つの方向のうち三つだけが急速に膨張し、残り六つは小さくとどまっているという結果が得られたのです。

 「これは真実を語っている」と感じました。それまで試行錯誤したからこそ分かるのですが、適当にやると絶対に出ないような結果が、ちゃんと出ている。超弦理論が我々の住む3次元空間を記述する能力があることを意味します。

失敗の連続を執念で

(写真:丸毛 透)

 プロジェクトを始めたのは2011年2月ごろです。3カ月くらいは失敗の連続でした。どう計算すればよいかも分からず、思い付く限りの数値実験をしました。

 今回の研究では、非常にデリケートな数値計算が必要でした。空間の方向も時間の方向も有限に抑えて計算しないと、全てが発散してしまいます。だから例えて言えば、一度宇宙を箱の中に入れてから計算する必要があります。その後、箱を外して結果を見る。手探りの状況のなか、こうした作業を執念深く繰り返しました。

超弦理論に取り組むきっかけは何だったのでしょうか。

 学生時代は先生の勧めで、クォークの研究をしていました。超弦理論の研究はやり尽くされたと思われていたんです。

 ところが1996年に日本人研究者4人が、超弦理論を計算するための新たな方法論を提唱しました。当時、名古屋大学の助手だった私は、論文を見て衝撃を受けました。ああ、やるしかないなと。

 その後、つらいことはたくさんありましたし、悔しい思いもしました。ただ、自分の能力を最大限に発揮できるのはどの分野かを考えると、やはり今の道しかなかったのかなと思います。

超弦理論の研究に、コンピュータは不可欠ですか。

 素粒子理論のなかには、コンピュータ無しで解ける問題もあります。ただ、我々は物理屋であり、現実の世界を記述するのが仕事です。現実に沿った形で答えを求めたり示したりするには、コンピュータの力がどうしても必要になると断言してよいと思います。