@KEK 高エネルギー加速器研究機構
素粒子原子被研究所

理学僧士郡和範准教授に聞く
初W///////////////~仰w///h

タイムトラベルって可能ですか?
自由に未来と過去を行き来するデロリアンは、実現可能なのだろうか?
. 新の物理学から晃たタイムトラ ベ ルの可能性を 、ご自身も r STTF J のフ7 ンだという高エネルギー加速器研究機織・郡和範先生にお鱈をお聞きした 。
取材・ 文 村沢 鰻

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イラ スト : え のこ ろ 工房

(J.
、

郡 和範 に 勾り・かずのり }ìIiエネ ル ギー加速総研究極量情

繋粒子原子核研究所 J怯教綬。理学問士。

兵庫県出身.宇宙物理の理 ra グル ープに所属し、 棄粒子的宇宙鎗、高エネ ル ギ 一宇宙物浬学などを幅広く研究。 2013年、第7 回湯川記念財団 ・木村幸1)栄理ra物理学賞綬賞。

98ズパリ!タイムトラベルって可能ですか ?

。のです

2 万 km富三

実際の軌道。

。に と っ ては、地

未来にいくために必要なっ てく
時間だけ宇宙を飛行して地上に一戻いるだけです

球にいるときと同じように時間が流れてっ ているマlティやドク。
もちろんデロリアンに乗。に近づけば近づくほど、時間の進み方はみ方 は約包万分のー にな り ます
こ の速度で約お秒間宇宙旅行をして帰 っ てくると、地球ではお年の時間が過ぎているこ、衛星は、高度約認 されています

ゆっくりになっていく- 高速移動で「未来旅行」は可能!に旅客機に 精 密な原 子 時計を乗せて移動。

非 常 に高速で動く乗り物があれば、未とになります

言 よさせると、ごくわずかな時聞の 遅 れが確

来に行くのは 比較的簡単です7インシユタインの特殊相対性理鎗GPSという官同速で飛行してい衛星は地上へ正確な時間を4 kmGPS

では、運動する物体は 時間の進み方が遅。

を、秒速ますそれも 光速(秒速却k万m).

す。

、未来に行、超高温

査 とこれ超・ 高。

超高温の {子宙ではヒしかし‘光速に近づ〈につ れて軍動する柑体的貿量が大きく~るため先遣を越えること U できない.

。

ク ZU 白書家いかもしれ怠いのか・、-過去への一扉を聞く「宇宙ひも」

過去へのタ イムト ラベルは。

くのにくらべてかなりむずかしくなります

億 年前

ッグパンで。

地球の近く に「宇宙ヱコ聞こなどがある場合宇宙の初期に 「真空の 絹可能になるのは。

、ひも (ooヨm52

宇宙ひもはです

転移 善之 という現象の過程でできた可能138性がある、巨大な質 量 をもっ天体です
宇宙はがビ

密度の火の玉として生まれました(蹴) 61 (静止している観測曹の時間) 61' (置動する柑悼の珊) y (糊速度) c(畑) M=jï可耳目 ，いて‘ そ 町平方棟 をとったものになる.

くなります

こんなタイムパラドy

すると、未来 へのタイムトラベルは完了で

ただしこの 場合、デ口リアンに対し伝えることで地球上 の正確な位置 を測定て地球の時聞が速く進んでいるだけなの。

しているため、特殊相対性理 論 による時田速の移吉

そしてどんどん加速していく、っ ていきま。

間の遅れを考慮して自動的 に時 計 を補正

衛星 で は、この 一。

ことはできないかもしれません
GPS

で、映画のように宋来にいる自分に会う。

する機能をもっています また 一般相対。

時間の進99性理論では重力が強いところほど時間が退くなります

般相対性理論による地球重力によ っ て引。

き起こされた地上と上空の問のズレも同時に補正していますデ ロリア ンがタイムトラベルをすると地球外のど、きは、ます ロ ケ ットのように空気抵抗のない宇宙空間に飛び出して。

こか遠くを高速で回 ってくると考えてみ、デ ロリアンの中の時間はましょうとす

動の影 響 で、どんどん遅くな、飛行 する速度と光速とのズレが 叩兆分の 1 パーセント以下になるとした「一般栂対性理liJ がある.

量動する物悼の時間が遅れ る割合1: . 胡体的遺書 (y)の光i車 (c) に対する 比の2慢を 1 から引

以1相対性.l!舗…アインンユタイシによって抱喝さ れ た、量干舗と並んで現代物I1牢田昌磁 と なる It凶. 時間U不Eで~~<相対的なもので、質量U ヱ
ネルギー と問悼であること な ど を 褒した「特殊栂対性JII&J と . 置力は時空町亜みであ り 、 先的進み方や時聞の経過が量力唱によって膨容を受け ると見， 2

光速に近づ け ば近づ <11 1:時間の溜みは ゆ っ〈りになるスカラー場家主のポテンシャルエネルギー

ツグス粒子の元となるヒッグス場という'Zわされたような状態になっています{図切り取られ、切り口と切り口がつなぎ合

1

点を回る角度は度ですが、宇宙ひもの近くでは、360度以下で 1 周することができます。(図I の右の図)のまわりを空間の一部が欠けているため、宇官ひも360す。平坦な空間ではした瞬間、もう片方の切り口に移勤しま物体は、角度欠損の片方の切り口に到着

宇宙ひもに対して垂置な面を運動するに「角度欠損」があるといいます。の左の図)。これを宇宙ひものまわりは対称奮旦でしたが、誕生から100 億分の 1秒後、膨張によって宇宙の温度が下がると、真空の相転移が起こって、対称性を破ったヒッグス場が空間を埋め尽くしました。それまではすべての素粒子が光速で飛び回っていましたが、これ以後は、光子(光の粒子)以外は、ヒッグス粒子に邪廃されて、光速で飛び回ることはできなくなりました。これは、光子以外-デロリアンは出発するより前の時刻に帰還する

では、どのように宇宙ひもを使えば、でしょうか?まず、地球の近くに2

本過去へのタイムトラベルが可能になるの時聞かか

100の素粒子が質量をもったということを意が残されていると、その領域はまわりよ宇宙ひも①は左に、宇宙ひも②は右に、の宇宙ひもが存在しているとします。

それぞれ光速に近い速度で移動しています。高速で移動する物体の時聞は遅れる

では時闘が遅くなっています。それぞれので、宇宙ひも①と宇宙ひも②のまわり1与えられた喝をスカラー場という。

味しています。

この真空の相転移は、宇 宙 の 温 度 が 低
くなるにつれて何度か起こり、その結果、宇宙は現在のような姿になったと考えら
下がると水の相から氷の相へと転移するれています。真空の相転移とは、温度がりも高いエネルギーをもちます。その領

宇宙ひもの幅は原子核よりもずっと小す。一億倍以上立方センもあります。そのため非常に重力が強く、ります。

まで、それぞれ到着するのに11まわりの空間をゆがませます。宇宙ひも億トンのチメートルあたりさいくらいですが、質量は約ころの聞にギャップが生じることがありのまわりでは、空間の一部がくさび形店の時間の遅れは 3時間です。 AiF 地点ます。例えば氷の中に空気の泡が閉じ込

1了していないところと、完了しているとの相転移がとても激しい時、相転移が完ス場とは限りませんが、あるスカラー場

真空の相転移が起こったとき、ヒッグ域がひも状のものを「宇宙ひも」と呼びま

宇宙ひもによりゆがめられた空間ージするとわかりやすいと思います。

{園 1)ような現象が宇宙全体で起こったとイメーゆめられているような状態です。その領域

スカラー渇・・・大きさと向曹を持つベクト J"に対して、大きさのみを持つ虫垂スカラーという。温度や気庄のように空間の径怠の各点にスカラー畠が常5

138億年前・・ 'NASAのWMAP ‘ ESA( ヨーロッパ宇宙像関}のプランクといった傑査僚の f宇宙マイクロ波背最放射 (CMB)J の鮮銅な鰻測によって、

泌4

相経移・・・同じ物質でも、温度や圧力などをの物質のおかれた羽織に応じて物質の佐賀が変わる現象。たとえば水は ot で氷になり、 1 ∞℃で水蒸気

道.3

宇宙ひも
宇宙ひもになるが、どれも H.Oで物質自体は変わっていない.

宇宙の年飴は 13811年とされている.

ズバリ!タイムトラベルって可能ですか?

(左に光速に近い速度で移動している)

宇宙ひも①

空聞が欠けている T

アンは、B地点と C地点は空間的にくっ1地点にB

起点
E

C地点

時間、時聞
3

C 地点から出てきま地点よりもB

D地点を通過し、E地点に到達したと間地点はくっついているた
Fめ、デロリアンはす。 E地点とに到留したとき時刻は 3時になっていまデロリアンがに現れた時刻は 1時です。

が遅れているため、デロリアンがす。 C地点は到着すると同時についているため、デロリアンはします。

時間後の 4時に B地点に到着

地球 (A地点)を3 時に出発したデロリ(園 11)(角度欠損)‘

時に F地点に現れます。のでしょうか?しかし生まれなけれは生まれることがないので消えてしまうてしまったら?そのタイムトラベラー

地点

は E地点よりも時聞が 3時間遅Fれているため、デロリアンが出時になll

ティに恋してしまンが描かれています。

宇宙が混乱に陥るので、何らかの抑止力果がある」という「因果律」が破綻すると、そのため「原因があってそのあとに結う、というシ

マ l ティが生まれないことになってしま

い、このままでは父と母が結婚せずに、が、過去に戻ったマ

ば、そもそも親を殺しに行くととはできO 時です。そして1

ティやドクは、出。

2時間前の，ってきたときの時刻は、出発したときよりlります(図E)
そこでマなります。

発前の自分たちに出会うことにこれをくり返すか、もっと速その一方で、タイムトラベルで行ったが働くのではないかというのです。

世界(パラレルワールド)で、どの時間軸先は、それまでいた世界とよく似た別の101い速度で移動すれば、どんどん過去へさかのぼるタイムトラベ

本の宇宙ひもが2ルが可能になるのです。

で歴史を変えてしまっても、自分がいた

ドクは地球の近くにあるのを知っていて、デロリアンを開発

元の世界には影響しないという考えもあいずれにせよ、『BTTF 』は、当時との自分にも会えるのかもしれませんね。

ールドに入りこんだと解釈すれば、宋来たちが来来に行った時も別のパラレルワのかもしれません。その場合、マ I ティはパラレルワールドに行く機能があったります。ドクの発明により、デロリアンしたのではないでしょうか。

-過去に行くのは不可能?

「因果律」の壁
しかしその一方で、さまざまな理由から「過去へのタイムトラベルは不可能」とそのひとつは、有名な「親殺ものタイいう考えもあります。

1寄っていた K!lのエネルギーがほぼゼロになった.

現した時刻はスカラー渇のポテンシャルエネルギーは対称…初期の宇宙は、ワインのピン底の中央にある盛りょがった節分のm上にビー玉が舷っているような状ません。『 BTTF 』でも、若き日の母親うことができるでしょう。

しては非常によく考えられた作品だとい議6

出発点である地理 (A地点)に戻ムパラドックス」です。もしもタイムト

宇宙ひも②

ラベラーが過去に戻って自分の親を殺し(右に光速に近い速度で移動している)自重だった。この状態を『スカラー喝のポテンシャルエネルギーは対称j だという。しかし急激に sl残した初期の宇宙は頂上から転げ落ち(対称性の般れれ