定数の不思議な値
アインシュタインの一般相対性理論によれば、銀河の重力が時空をどのように曲げるかを示す図（画像：サイエンス ライブラリ）。
夜空を眺めながら、生命、星、惑星、そして人間に至るまで、宇宙がなぜ今のような形で存在しているのか、私たちはしばしば不思議に思います。しかし、宇宙のあらゆるものが「自然の基本定数」と呼ばれる特別な数の集合によって制御されていることを知っている人はほとんどいません。
これらの数字は人間が発明したものではなく、宇宙における力と物質が相互作用する方法を表す固定値です。
たとえば、真空中の光の速度は常に約 299,792,458 m/s、重力定数 G は 6.674x10⁻¹¹ m³/kg/s²、電子の質量は 9.1 x 10⁻³¹ kg などです。
これらの数字は、ほんの少しでも変化すれば、全く異なる宇宙、あるいは生命の存在さえも生み出す可能性があります。大きな疑問は、なぜこれらの数字はこのような値を持つのか、どこから来たのか、そしてランダムなのかということです。
物理学のおかげで、私たちは世界を記述するための非常に正確な方程式やモデルを構築することができます。石の落下から宇宙全体の膨張まで、あらゆる現象を記述することができます。しかし、それぞれの方程式には、何らかの入力値、つまり定数を「与える」必要があります。
これらは現代物理学の建物を支える「梁」のようなものです。しかし不思議なことに、現在の理論ではそれらがどこから来るのかを説明できません。 科学者たちは実験値を測定し、それをモデルに当てはめることしかできません。
ボールの運動をシミュレーションしていると想像してみてください。ニュートンの法則を使って力の強さを記述することはできますが、「重力の強さ」を知る必要があります。これはモデルから得られるものではなく、現実世界で測定する必要があります。
同様に、電磁力の強さ、プランク定数、素粒子の比率などの定数はすべて、現在の基礎理論からは計算できない「与えられた」パラメータです。
定数は本当に「不変」なのでしょうか?
アインシュタインは、時空の「曲率」の度合いを説明するために不可欠な量である重力定数 G の概念を含む一般相対性理論を提唱した人物である (写真: Getty)。
物理学者が「これらの数値は本当に「一定」なのか、つまり決して変化しないのか？」と問うと、この問題はさらに興味深いものになります。
もしそれらのいずれかが、時間、空間、または物理的状況によって、たとえわずかでも変化するならば、それはそれらが真に根本的なものではなく、人類がまだ発見していないより深い理論の単なる現れであることを意味します。
これを検証するために、科学者たちは地球と宇宙の両方で、極めて精密な一連の実験を計画しました。実験室では原子時計が用いられます。原子時計は非常に精巧な装置で、原子の振動の微細な変化を検出し、微細構造定数（FSC）などの定数の時間変化を追跡することができます。
現在までに、測定精度は年間10億分の1の変化を検出できるレベルに達していますが、大きな変化は記録されていません。
天文学の分野では、研究者たちは地球から数十億光年離れた極めて明るい天体であるクエーサーからの光を観測しました。それに加え、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の解析も行いました。CMBは、宇宙が最初に形成されたときの光の残骸です。
遠い過去にこれらの定数が変化していた場合、遠方の天体からの光は影響を受け、異なって見えるはずだという考え方です。しかし、観測によってこれらの定数が奇妙なほど安定していることが示されています。
定数が100%一定であるとは断言できないことに注意が必要です。たとえ変化が検出されなかったとしても、測定には常にある程度の不確実性が存在するため、定数が変化している可能性は常に存在しますが、その変化率は検出できないほど小さいのです。
宇宙にはまだ多くの謎がある
基礎定数は単なる数字ではなく、宇宙全体の存在を形作る基盤です。力がどのように相互作用するか、原子がどのように形成されるか、星がどのように燃えるか、そして生命がどのように進化するかを決定します。
もしこれらの数字がほんの少しでも間違っていたら、宇宙は私たちが知っているように空っぽで、混沌としていて、まったく生命のない状態になっていたでしょう。
しかし、科学は未だに、なぜこれらの定数がこのような形になっているのかという答えを出せていません。これらの定数は偶然の結果なのでしょうか？それとも、私たちの現在の理解を超えた、より深遠な宇宙論の現れなのでしょうか？
まだ答えは見つからないかもしれないが、疑問を持ち続け、それについて学び続けることで、相対性理論や量子力学が20世紀の科学を揺るがしたのと同じように、人類は現代物理学の大きな転換点を迎えることになるかもしれない。
出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/thu-gi-am-tham-chi-phoi-ca-vu-tru-20250525082833517.htm
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