現代物理学でSFを解剖する
講師 吉⽥ 伸夫

1. SFと物理学○SFとは何か
元々は科学的⼩説（Scientific Fiction ）→略して Scientifiction → Science Fiction (SF)・J.ヴェルヌ 『カ ルパ チア の 城』(1892)※怪異と思われた現象が電気仕掛け・アンディ・ ウィ ア ー『 ⽕星 の⼈ 』(2011)

思弁的⼩説（Speculative Fiction）
70年代ニューウェーブSFを特徴付ける⽤語（J.メリルら）
・バラード、 オー ル ディ ス、 エリ スン 、 ディ レー ニー ら
・80年代の サイ バー パン ク から 現在 に⾄ るま で 継承

SF：「科学を取っ掛かりとして新しい世界観を構想する作品」○現代SFでは、相対論・量⼦論など常識を越える物理学が利⽤される

2. ワープ：超光速航行○相対論によると、時間と空間は｢時空｣として統⼀される。
○時間と空間の界⾯(光円錐)では、運動⽅程式が破綻する(光円錐特異性)。質量のない素粒⼦は、常に光円錐に沿って(光速で)運動する。
○(運動⽅程式が破綻するので)光速以上に加速することは理論的に不可能。

【 光円錐と粒子の軌跡】

2-1. SFにおけるワープ○多くのSFにおいて、ワープは叙述にリアリティを与えるためのガジェット。
○地球とは異なる環境
・レム『ソラ リス 』 『砂 漠の惑星』※⼈間とは違う知性の可能性を追求※異なる進化をもたらす環境を想定『 ソ ラリ スの陽のもとに』
ハヤカワ文庫Ｓ Ｆ・ストルガツ キー 兄 弟『 神様はつらい』○エイリアンとの遭遇
・神林⻑平『 戦闘 妖 精・ 雪風』※異質の知性体が相互に相⼿領域に侵⼊※短時間で⾏き来する便法として超空間通路『 戦闘妖精・ 雪風〈 改〉 』
ハヤカワ文庫JA

2-2. 物理法則の変更○20世紀半ばまでのSF作品では、相対論による制約はしばしば無視された。

【 ミ ンコ フスキ幾何学】

・E.E.スミス『 宇宙 のス カ イラーク』※特殊なエネルギー源を使ったら超光速達成

・テレビドラ マ『 ス ター トレック』※シリーズ後半では｢亜空間｣ を利⽤（2-4の｢別次元｣の解説参照）【 イ ーガンの幾何学】

時間軸○物理法則の異なる世界を仮定
・G.イーガン『 ク ロッ クワ ーク・ロケット』※時空がミンコフスキー的でない世界（右図）※イーガンの幾何学では因果律が成り⽴たない[ 参考] C.プ リー ス ト『 逆転 世界』※空間がユークリッド的でない世界

２ 点間距離 ｓ
時間間隔 Δｔ
空間間隔 Δｘ空間軸

2-3. ワームホールを使ったワープ○⼀般相対論によれば、時空はゴムのように伸縮し変形する実体。
○アインシュタイン⽅程式の解として、離れた２点を短絡する通路(ワームホール)もあり得る。
・映画『イン ター ス テラ ー』
・映画／ドラ マ『 ス ター ゲイト』

○宇宙船の移動に利⽤するのは困難。
・新規に作る のは 技 術的 に不可能
※莫⼤なエネルギーと熱⼒学に反する過程が必要

・天⽂学的観 測で は 近傍 に存在しない・負のエネル ギー が ない と維持できない・内部を通過 する 際 に物 質が破壊される

2-4. 別次元への迂回○時空の次元数が４次元より⼤きいという理論は、カルーツァ=クライン理論、超ひも理論、ブレイン理論などいくつも提案。
○別次元を利⽤して超光速航⾏するとおぼしきSF作品は多い。
・『宇宙戦艦 ヤマ ト 』『 超時空要塞マクロス』※映像では出発点で消滅した後、到達点に現れる※亜空間、超空間、××空間など呼び⽅はさまざま○宇宙船の移動に⽤いるのは不可能。
・多くの理論 で余 剰 次元 は原⼦スケール以下・ブレイン理 論で は 物質 が侵⼊できない※余剰次元は⼩さくないが相互作⽤が限られる【 小さく 丸まった余剰次元】

2-5. アルクビエレ・ドライブ○宇宙空間はエネルギーによって膨張・収縮する。宇宙船の後⽅で膨張、前⽅で収縮を起こせば超光速で移動できる可能性あり。いくつかの別バージョンが提案されている。
○実⽤化はきわめて難しい。
・通常の理論 では 莫 ⼤な エネルギーが必要
・エネルギー が少 な くて 済む理論は未確定※超ひも理論が応⽤できるという説も○物理学者はなぜSF的な議論をするか。
・理論の適⽤ 限界 を 考察 するのに便利だから・SF好きの物 理学 者は 多い が…

【 ア ルク ビエ レ ・ ド ライ ブ】

後方で膨張

前方で収縮

3. タイムトラベル○相対論において、時間は空間と同様の拡がり。ならば、空間内部を移動するのと同じように、時間内部を移動できるのではないか？
○実際には、⼈間を含むあらゆる物体は時空内部に拡がった存在。⼈間の世界線(時空内での軌跡)は常に光円錐の内側になる。
○ミンコフスキ時空では、世界線を光円錐を横断して曲げないと過去への連続的移動は不可能。未来へのタイムトラベルは可能(ウラシマ効果)。

時間 軸

時間と空間それぞれの⽅向に拡がった物体が存在する。

空間 軸

相対論的な時空3-1. 広がった時間○相対論的な時間は空間と同様の拡がりなので、それだけがリアルな瞬間であるような｢現在｣は存在しない。
○⼈間を含めて、時間が拡がりであり過去も未来も確定しているという⾒⽅は、思弁的SFでよく採⽤される。
・K.ヴォネガ ット 『ス ロー ターハウス５』※過去の出来事を繰り返し追体験する・テッド・チ ャン 「 あな たの⼈⽣の物語」※因果律を解しない異星⼈とのコンタクト※『メッセージ』というタイトルで映画化○過去や未来を直接｢⾒る｣ことは、技術的に不可能（科学的裏付けのない作品は多数）。
・映画『マイ ノリ テ ィ・ リポート』『デジャヴ』【 時間が流れる世界】

3-2. タイムスリップ○主⼈公が｢いま現在｣とは異なる時刻に⾶ばされる作品は、SFとファンタジーの境界領域に⾒られる。
・ディ・キャ ンプ 『 闇よ 落ちるなかれ』『 タ イ ム・ マシ ン角川文庫※雷に打たれた男が古代ローマにスリップ・マーク・ト ウェ イ ンの ⼩説にも○時間移動を（ワープと同じく）物語のきっかけとして利⽤する作品は数多い。
・H.G.ウェルズ 『タ イム マ シン』・マイクル・ ビシ ョ ップ 『時の他に敵なし』『 時の他に敵なし 』
竹書房文庫

3-3. 時間ループ○両端の時刻が異なるワームホールを通り抜けられるならば、物体の軌跡が時間ループ(時間的閉曲線)を描く。理論的には、過去に戻ることが可能に。
○時間ループを作る⽅法は、キップ・ソーンらが提案。ただし、ワームホールによるワープと同じく、現実に過去への移動は不可能という⾒⽅が⼀般的。
○S.ホーキングは、時間ループそのものが存在できないという説を提唱。その正当性は未確定。

【 時間ループ】
時間時間
空間時間
取っ手のある時空（イメージ図）

3-4. 過去改変のパラドクス○時間ループを通り抜けて既に起きた事実を改変するとどうなるか。

【 親殺し のパラド ク ス】
⾃分が⽣まれない歴史

⾃分(1) どうやっても改変不能。
・R.ハインラ イン 「時 の門 」『 夏 への 扉』
・物理学的に は最 も まっ とう な解 釈(2) 改変しないように(誰かが)監視。

⽣まれた⼦供・R.シルヴァ ーバ ーグ 『時 間線 を 遡っ て』親を殺す(3) 改変のたびに歴史が修正される。
・アンダース ン&ビ ース ン 『臨 界の パラ ドク ス 』
・R.A.ラファテ ィ「われら かく シ ャル ルマ ーニ ュを 悩 ませ り」
・映画『バッ ク・ ト ゥ・ ザ・ フュ ーチ ャ ー』

親誰に殺された？

3-5. 過去改変のパラドクス (続)(4) 改変のたびに新たな歴史が分岐。
※過去改変以外のきっかけによる分岐も消滅？

修正史

歴史１

歴史２

(5) 可能な歴史はすべて存在。
※(4)(5)は量⼦論的な多世界解釈と関連※いずれも「パラレルワールド」で改めて論じる

3-6. 時間SFの倫理○最近のサブカル作品には「過去に戻ってやり直す」という展開が多いが、「セーブ地点から再開する」というPCゲームの影響か。
○誰かを救うために過去を改変した場合、歴史全体が修正されたのならば、多くの⼈の個⼈史を「なかったこと」にしてしまう。歴史が分岐したのならば、元の歴史は変わっていないので救えていない。
○倫理的な問題意識を持つ時間SFも。
・劇場アニメ 『時 を かけ る少⼥』（細⽥守）※過去をやり直すことの倫理的意味を問う

・テレビアニ メ『 涼 宮ハ ルヒの憂鬱』※なかったことにされた⼈々の哀しみを共有【 Ｒ Ｐ Ｇ における時間】
冒険の旅

どこかでセーブ

死バトル
⽣

4. 量子論とSF○量⼦論と呼ばれる物理学理論は、常識と相容れないように⾒える主張が多い。量⼦論的なアイデアを取り⼊れたSFは数多い。
○ただし、物理学的に正当な内容のものは少なく、⼤部分は、読者の気を引くためのジャルゴン(意味不明の専門⽤語)として量⼦論を引⽤するだけ。
「量⼦」と⾔えば何でも許される？
・コニー・ウ ィリ ス 「混 沌ホ テル 」
※量⼦論の学説を巡る⾺⿅騒ぎ4-1. パラレルワールド○⼈が現実的と考える世界以外にも世界が存在するという考えは、古来、多くの⼈が提唱。
○科学的な“異世界”の理論

チャ イ ルド ・ ユニバース

膨張するマザー・ ユニバース(1) 相対論的マルチバース： 宇宙空間が膨張する過程

で 、異なる 物理 定数 を 持つ チャイルド・ユニバースがい
く つも誕⽣ 。現 実世 界 と連 絡できないため、SFでは使い道 がない（ 非科 学的 な 物語 ならアメコミにあり）。

(2) 素粒子論的マルチバース： 電⼦や陽⼦と相互作⽤
し ない素粒 ⼦（ タキ オ ンな ど）が別の世界を形作る。これ も、SFで は使 い道 がな い。

(3) 量子論的マルチバース： SFに登場するパラレルワー ルド（並 ⾏世 界） の ルー ツ。

【 宇宙の多重発生】

4-2. シュレディンガーの猫○シュレディンガーは、放射性崩壊をトリガーとする毒ガス発⽣装置を使うと、猫が⽣きている状態と死んでいる状態が重なるはずだと論じた。
○猫の例に⽰されるように、状況によっては、巨視的に区別可能な量⼦状態が重なったまま維持されるかもしれない。それぞれの量⼦状態が異なる世界になるのか？
○現在では、相互に⼲渉しない単⼀の状態に収斂するとの⾒⽅が有⼒（つまり、並⾏世界は存在しない）。

【 シ ュ レ ディ ンガーの猫】

毒ガス⼊りフラスコ
ベータ崩壊ありベータ崩壊なし

ニャー

ニャンで？

4-3. 量子状態の分岐
観測者○分岐した量⼦状態の重ね合わせは、観測者(誰？)の観測で⼀つに定まる？
・グレッグ・ イー ガ ン『 宇宙 消失 』
※60年代からは観測者不要という説が⼀般的○分岐した並⾏世界は相互の⼲渉を通じて⼀つだけ⽣き残る？
・J.ホーガン 『量 ⼦宇 宙⼲ 渉 機』
※並⾏世界は定義上相互に⼲渉できない○分岐状態は量⼦確率が付与された不確定な状態にある？
・U.K.ル・グ ィン｢シ ュ レディン ガー の猫｣※観測問題を茶化した幻惑的なパロディ

現実化？
分岐する歴史相互干渉？

4-4. 量子テレポーテーション【 量子もつれ】○量⼦もつれを利⽤すれば、テレポーテーションが実現できる？
○物体を瞬間的に送る技術ではない。物体をあらかじめ目的地に送っておき、離れた物体と同⼀の量⼦状態であることを確認する技術。
○⼀連の量⼦状態に情報をコードして送信することは可能。ただし、解読のための鍵を後から通常の⽅法で送る必要があり、情報の送信速度は常に光速以下。
・テレビアニ メ『 ク ロム クロ 』
※遠⽅にいる⼈の⽣死が瞬間的にわかる？

○盗聴不能な暗号通信に応⽤できる。

光子１

光子２
光子ペア 発生器

観測により 状態破壊

その瞬間に光子２ の状態がわかる

4-5. 量子コンピュータ○重ね合わせ状態にある演算素⼦を⽤いた量⼦コンピュータが開発中。2019年にグーグル社が、基礎技術の実現可能性を実証。
○量⼦論的な重ね合わせを利⽤しており、現在のコンピュータより遙かに⾼速だが、論理演算以上のことはできない。
・映画『マト リッ ク ス』 シリーズ
※論理演算しかできない機械には⾒えない○量⼦効果を直接利⽤したアナログマシ
ンならば、論理演算とは異なる何かを実現できるかもしれない。

【 論理ゲート の例】

AND ゲート今日の講義について◇今⽇の講義と関連する話題を取り上げた私の著書には、次のようなものがあります。
『宇宙に「終わり」はあるのか』 （講談社ブルーバックス）『時間はどこから来て、なぜ流れるのか？』 （講談社ブルーバックス）『量⼦で読み解く⽣命・宇宙・時間』 （幻冬舎新書）◇次のサイトに私のホームページがあります。科学と技術のいろいろなトピックを取り上げています。
http://scitech.raindrop.jp/◇ブログもあります（更新は滞りがち）。内容はホームページから転載したものですが、コメント機能を利⽤して、質問も受け付けています。
https://sci-tech.blog.ss-blog.jp/◇なお、最近のSFで私の⼀押しは、テッド・チャンの『息吹』です。