Name: ショーン・キャロル、なぜ物理学は単純であり不可能なのか｜インタビュー全文 (Sean Carroll explains why physics is both simple and impossible | Full Interview)
Uploaded: 2025-08-22T18:24:44.000Z
Duration: 1 h 26 min 40 s
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転換語

I like to say that physics is hard because physics is easy.

物理が難しいのは、物理が簡単だからだ。

様態の副詞

By which I mean, we actually think about physics as students, you know, we took classes, we read books, and it was hard because there's all this new stuff, all these ideas, all these equations that we don't come across in our everyday lives. But the reason those ideas are hard and those equations are there, is because physicists have a technique that has been amazingly successful, which is to take all the messy world around us with all its peculiarities and specificities, and to boil it down to really, really simple systems. I'm Sean Carroll,

というのは、私たちは学生時代に物理について考え、授業を受け、本を読み、日常生活では遭遇しないような新しいもの、考え方、方程式がたくさんあって大変だった。しかし、これらの考え方が難しく、これらの方程式がそこにあるのは、物理学者が驚くほど成功した技術を持っているからです。それは、私たちを取り巻く、あらゆる特殊性と特異性を持つ厄介な世界を、本当に、本当に単純な系に煮詰めるというものです。ショーン・キャロルです、

I'm a physicist and philosopher at Johns Hopkins University, host of the

私はジョンズ・ホプキンス大学の物理学者で哲学者。

Mindscape podcast, and also author of a bunch of books, most recently

ポッドキャスト「マインドスケープ」の著者でもある。

The Biggest Ideas in the Universe series, including

宇宙最大のアイデア』シリーズを含む

Spacetime in Motion and Quanta in Fields.

The Biggest Ideas in Physics, with Sean Carroll.

物理学における最大のアイデア、ショーン・キャロルとの共著。

You might imagine or remember when you were taking physics courses, there were frictionless surfaces, there were pendula that rocked back and forth perfectly. We're always idealizing, we're always imagining there are no complications, and then we're putting them back in.

物理学の講義を受けていた頃、摩擦のない表面があり、完璧に前後に揺れる振り子があったことを想像したり、思い出したりするかもしれない。私たちは常に理想化し、複雑さがないと想像し、そしてそれを元に戻す。

That's a strategy that would completely fail if you tried to do it for psychology or biology or political science, but for physics it turns out to work incredibly well. There's a joke that physicists like to tell each other, they don't like to tell it to others because it's not very funny, but the idea is that a dairy farmer wants to improve his yield, more milk out of the cows, and for some reason he approaches a physicist and says, could you look at my farm and tell me how to get more milk out of the cows? And the physicist thinks about it, and he comes back with a sheet of calculations and he says, okay, first, imagine a spherical cow.

心理学や生物学、政治学でやろうとすると完全に失敗する戦略だが、物理学では信じられないほどうまくいくことがわかった。物理学者同士で言い合うジョークがあるのですが、彼らはあまり面白くないので他人には話したがりません。物理学者は考えて、計算用紙を持って来て、こう言った。

The idea, I know it's not that funny, but the idea is that the first thing the physicist is going to do is try to imagine a simpler situation.

物理学者が最初にすることは、もっと単純な状況を想像することだ。

Real cows are not spherical, it would be a very different dairy farm if the cows were spherical, but you can calculate the volume of the cow and the metabolic rate of the cow much more easily if it were spherical.

実際の牛は球形ではありません。牛が球形であれば、酪農場はまったく違ったものになるでしょう。しかし、牛が球形であれば、牛の体積や代謝量をより簡単に計算することができます。

And the joke, of course, is that that doesn't work in dairy farming, but it works really well when you're considering a spherical universe or a spherical solar system or a spherical atom. The first really huge revolution in physics was the existence of classical mechanics, handed down by Isaac Newton and others. It took a while, Newton was building on the shoulders of giants, but before Newton there was Aristotle, and Aristotle says that things have natural places they want to be, natural ways they want to move. And Newton says something completely different. He says, if something is not acted on by a force, it's going to continue in a straight line at a constant velocity forever.

もちろん、酪農では通用しないが、球状の宇宙や球状の太陽系、球状の原子を考えるときにはとてもうまくいくというジョークだ。物理学における最初の大きな革命は、アイザック・ニュートンらによって受け継がれた古典力学の存在だった。ニュートンは巨人の肩の上に立っていたが、ニュートンの前にはアリストテレスがいた。アリストテレスは、物事には自然な居場所があり、自然な動き方があると言っている。ニュートンはまったく違うことを言っている。アリストテレスは、物事には自然に動きたい場所があり、自然に動きたい方法があると言った。

And if it is acted on by a force, I can tell you how it will move, I have an equation to do that. Physicists like to simplify things a great deal, but billiards, the pool game, is pretty close to being simple. It's not exactly because when you hear those balls click against each other, that sound is giving off energy and it's kind of wasteful, but in principle, if you had no friction, no sound, no air resistance, the balls bouncing around the pool table, let's also imagine there's no pockets so the balls can just bounce off the edges of the table forever, they would go forever, they wouldn't stop. The energy contained in the system remains constant, and the laws of physics, as Laplace points out, suffice it to predict exactly what the balls are going to do at every moment, given what they're doing right now.

力が作用すれば、それがどのように動くかは方程式で説明できる。物理学者は物事を単純化したがるが、ビリヤードというゲームは単純に近い。しかし、原理的には、摩擦がなく、音もなく、空気抵抗もなく、ボールがビリヤードテーブルの周りを跳ね回っているとしましょう。システムに含まれるエネルギーは一定のままであり、ラプラスが指摘するように、物理学の法則は、ボールが今何をしているかを考えれば、どの瞬間にもボールが何をしようとしているかを正確に予測するのに十分である。

So to the extent that it's okay to ignore friction and noise and things like that, not only is it true that if you imagine hitting the balls and watching them move, you could predict exactly what's going to happen on the basis of the laws of physics, if somehow you could take a snapshot later in their motion, so you know both where they are and how fast they're moving, so maybe a little clip of a movie, then the laws of physics would let you go backwards and reverse-engineer what exact configuration the balls were in.

つまり、摩擦やノイズなどを無視しても構わない範囲で、ボールを打ってその動きを見ていれば、物理法則に基づいて何が起こるかを正確に予測することができるのは事実であるだけでなく、何らかの方法でボールの動きの後のスナップショットを撮ることができれば、ボールの位置と移動速度の両方を知ることができる。

We don't perceive that in our everyday world because the world is full of noise and dissipation and air resistance and things like that, but in the pristine perfect world of imagined classical mechanics, the past and future work equally well, you can go from any one moment to any other moment.

しかし、古典力学が想像する原始的で完璧な世界では、過去も未来も同じように機能し、ある瞬間から別の瞬間に行くことができる。

It's interesting that Newton came up with the framework of classical mechanics in the 1600s, and people were very excited, physicists, mathematicians, philosophers, they didn't really have physicists at the time, they were all considered to be natural philosophers, but they worked on it, they thought about the motions of the planets and things like that, and the implications of this idea are profound for how we think about what physics is, what physics tells us, because it wasn't realized until

ニュートンが古典力学の枠組みを考え出したのは1600年代のことで、物理学者、数学者、哲学者、当時は物理学者なんていなかったんだ。

Pierre-Simone Laplace over a hundred years after Newton, but the structure of classical mechanics implies that if you knew the position and velocity, not just of one particle, but of every particle in the universe, and you knew the laws of physics, and you had infinite calculational abilities, none of these are at all plausible, but we're imagining right now, then the laws of physics would determine what happens next, at the next moment, and the next moment, and infinitely far into the future, and for that matter, indefinitely far into the past.

ピエール＝シモーヌ・ラプラスはニュートンから100年以上後のことだが、古典力学の構造は、もしあなたが1つの粒子だけでなく、宇宙に存在するすべての粒子の位置と速度を知っていて、物理法則を知っていて、無限の計算能力を持っていたら、どれもまったくもっともらしいことではないが、私たちは今想像している。

So you can take any one moment in the history of the universe, according to classical mechanics, and the information contained in what is going on at that moment is sufficient to fix what will happen at every other moment in history, and Laplace, who was quite imaginative about these things, put it in terms of a metaphor, he says, imagine a vast intelligence, later commentators dubbed it Laplace's demon, he didn't call it that, he was famously an atheist, he didn't like to talk about demons, but the demon, the vast intelligence, who could know everything about the universe at any one moment, Laplace says, to that vast intelligence, the past and future are an open book. You would know everything because what happens now fixes the entirety of space and time. The idea that the laws of physics fix what's going to happen, in principle, precisely and exactly, if you know what's happening right now. So this became known as the clockwork universe paradigm. The universe clicks along in perfect accord with the laws of physics forever.

古典力学によれば、宇宙の歴史におけるどの瞬間でも、その瞬間に起こっていることに含まれる情報は、歴史における他のすべての瞬間に起こることを確定するのに十分である、ラプラスは無神論者として有名で、悪魔の話をしたがらなかった。しかし、その悪魔、巨大な知性は、ある瞬間に宇宙のすべてを知ることができる。今起きていることが空間と時間の全体を確定するのだから、すべてを知っていることになる。物理法則は、原理的に、正確に、正確に、今何が起こっているかを知っていれば、これから何が起こるかを確定するという考え方だ。そのため、こ

Now, this might bother you a little bit if you want to think, well, wait a minute,

さて、これはちょっと気になるかもしれない、

I'm a person, I'm a human being, I have the ability to make choices,

私は人間で、選択する能力がある、

I'm not determined by the laws of physics, and both scientists and philosophers thought about that. They still don't agree on what the right way to think about it is, but the favorite way to think about it is the following.

私は物理法則によって決定されているわけではない、と科学者も哲学者も考えた。科学者も哲学者もそのことを考えた。正しい考え方が何であるかについてはまだ意見が一致していないが、好きな考え方は次のようなものだ。

In principle, if you knew exactly everything that was going on in the universe, you could predict the future. Now, classical mechanics isn't quite right, eventually we're going to talk about quantum mechanics, so that's another thing you have to keep in mind, but to the approximation that classical mechanics is good, you are determined in what is going to happen. But guess what? You don't know all the positions of all the atoms and all the molecules that make up you. Indeed, you literally cannot know them because the memory storage capacity to know all that would be at least as big as your brain, if not bigger. If you made your brain bigger, now you just have more molecules to keep track of. It is impossible to actually have a real apostle's demon in the universe.

原理的には、宇宙で起こっていることをすべて正確に知っていれば、未来を予測することができる。しかし、古典力学が優れている近似値では、何が起こるかは決まっている。しかし、どうでしょう？あなたは、あなたを構成するすべての原子や分子の位置をすべて知っているわけではない。というのも、そのすべてを知るための記憶容量は、大きくなくても少なくともあなたの脳と同じ大きさになってしまうからだ。脳を大きくしたところで、記録する分子が増えるだけだ。宇宙には、使徒の悪魔を実際に存在させることは不可能なのだ。

It's just a thought experiment to make vivid the implications of determinism. So philosophers have settled on what they decided to call compatibilism, in the sense that on the one hand, the deep down microscopic laws of physics are perfectly deterministic, or they're not if you're in quantum mechanics, but they're pretty deterministic anyway. But since you don't know it, you should be asking yourself, what is the best I can do? What is the best way that I can try to understand human beings given the vastly incomplete information I have? I know about my friend's personality and their predilections and their traits, but I don't know every neuron in their brain. And under those circumstances, you will model, you will think about a fellow human being or about yourself as an agent capable of making choices. Everyone does that, and that's the right thing to do because you are not Laplace's demon.

これは決定論の意味を鮮明にするための思考実験にすぎない。哲学者たちは、一方では、物理学の奥底にあるミクロの法則は完全に決定論的である、あるいは量子力学であればそうではないが、いずれにせよかなり決定論的である、という意味で、両立主義と呼ぶことにした。しかし、それを知らない以上、自分にできる最善の方法は何か？私が持っている膨大で不完全な情報の中で、人間を理解しようとする最善の方法は何だろうか？私は友人の性格や嗜好、特徴については知っているが、彼らの脳の神経細胞のすべてを知っているわけではない。そのような状況下

Isaac Newton, you may have heard, was a smart fellow and one of the interesting things when you invent a whole new way of doing physics if you're right and it becomes successful, then later on people kind of take it for granted. They're like, yeah, this is how the world works or whatever. But at the time, you're still very careful, and Newton was himself super duper careful about all the assumptions that went into his theory and what their implications were and so on.

アイザック・ニュートンは、ご存じかもしれませんが、頭のいい人でした。物理学のまったく新しい方法を発明したときに面白いことのひとつは、もしそれが正しくて成功すると、後になって人々はそれを当然のことのように受け止めてしまうことです。世界はこうやって動いているんだ、とかね。ニュートンは、自分の理論にどのような仮定があり、それがどのような意味を持つかについて、非常に慎重だった。

One part of classical mechanics is the idea of space and time both separately existing and being absolute. There is a meaningfulness to that. There is no preferred position in the universe.

古典力学の一部には、空間と時間が別々に存在し、絶対的なものであるという考え方がある。そこには意味がある。宇宙には好ましい位置というものは存在しない。

You can be anywhere you want. The laws of physics work the same. There's not even a preferred velocity to the universe. This was figured out by Galileo, and Newton kind of took it on board. If you started everything moving at one mile per hour to the left, the world will look exactly the same. There's no actual frame of rest that you can measure. But there is space and there is time, and everyone agrees on what those two things mean. When I say I am one mile away from a certain other point, everyone in the universe agrees. You are one mile away. Yes, that is correct. When I snap my fingers and say at the moment I snap my fingers, a certain thing is happening in Los

どこにいてもいい。物理法則は同じように働く。宇宙には優先速度さえない。これはガリレオによって解明され、ニュートンもそれを取り入れた。すべてのものを時速1マイルで左に動かし始めても、世界はまったく同じように見える。実際に測定できる静止枠はない。しかし、空間と時間は存在し、この2つが何を意味するかについては誰もが同意している。私がある地点から1マイル離れていると言えば、宇宙の誰もが同意する。あなたは1マイル離れているそう、それは正しい。私が指を鳴らし、指を鳴らした瞬間に、あることがロスで起こっていると言う。

Angeles, everyone agrees that indeed at that moment it's a well-defined concept to say what is happening at some point far away. Not just Los

ロサンゼルスに限らず、その瞬間、遠く離れたある地点で何が起きているのか、それは明確に定義された概念であることは誰もが認めるところだ。ロサンゼルスだけでなく

Angeles, but Alpha Centauri or the Andromeda Galaxy.

アンジェルスではなく、アルファ・ケンタウリかアンドロメダ銀河だ。

Turns out those assumptions are not quite right.

しかし、その仮定は正しくないことが判明した。

It was a journey to get there, as it often is. It started in the 1800s with the invention of electromagnetism.

よくあることだが、そこにたどり着くまでには旅があった。その始まりは1800年代の電磁気の発明だった。

All these new phenomena that people were thinking about since Ben Franklin flew his kite and studied lightning coming down.

ベン・フランクリンが凧揚げをし、稲妻が落ちてくるのを研究して以来、人々が考えていたこれらの新しい現象はすべてそうだ。

It was James Clark Maxwell who put the whole story together after work by people like

ジェームス・クラーク・マクスウェルは、次のような人々の研究の後、すべての話をまとめた。

Faraday and Ampere and so forth. And what he realized is there's two fields pervading the universe, an electric field and a magnetic field. And he wrote down some equations that these fields obey and they sort of play with each other and push around and charge particles and things like that.

ファラデーとかアンペアーとかね。そして彼が気づいたのは、宇宙には電場と磁場という2つの場が存在するということだ。そして彼は、これらの場が従う方程式をいくつか書き記し、それらが互いに作用し合って粒子を押し出したり、荷電したりすることを明らかにした。

People were very happy at the existence of electromagnetism.

人々は電磁気学の存在をとても喜んだ。

They started thinking about what it all meant and what they realized is that the sort of way that space and time are treated in Maxwell's theory of electromagnetism is different than the way they are apparently treated in Newton's theory. In particular,

その結果、マクスウェルの電磁気学理論における空間と時間の扱い方は、ニュートンの理論における扱い方とは異なることがわかった。特に

Maxwell's equations predicted a special velocity. There's no special velocity in Newtonian mechanics. Every velocity is created the same. Maxwell says there's something called the speed of light. It is the speed at which waves in the electromagnetic fields move. And naively you look at the equations and everyone measures the same value for the speed of light. It's a constant of nature. How can it possibly be the case that everyone measures the same speed for light even if they're moving with respect to each other? So for a long time, for decades, people, physicists bashed their heads against this problem. They came up with very elaborate schemes to get rid of it. And it was Einstein, Albert Einstein in his great paper in 1905 who first said you should get rid of the idea of these waves traveling through a medium. You should think of the electromagnetic waves as really being the thing that exists and when the equations tell you everyone measures the speed of light the same, that's because they do.

マクスウェルの方程式は特別な速度を予言した。ニュートン力学には特別な速度はない。どの速度も同じように作られる。マクスウェルは光速と呼ばれるものがあると言っている。それは電磁場の波が移動する速度である。素朴に方程式を見ると、誰もが光速を同じ値で測定している。これは自然界の定数だ。お互いに対して動いているにもかかわらず、誰もが同じ光速を測定するということがあり得るだろうか？そこで長い間、何十年もの間、物理学者たちはこの問題に頭をぶつけてきた。この問題を取り除くために、彼らは非常に手の込んだ計画を考え出した。そ

Take that seriously. All you have to do is entirely rejigger your thoughts about what space and time are.

それを真剣に受け止めてほしい。あなたがしなければならないのは、空間と時間とは何かという考えを完全に修正することだ。

And in fact it wasn't until two years later when Herman Minkowski who was a mathematician who had been one of Einstein's professors said, you know, the right way to think about Einstein's theory is to say that space and time aren't separate anymore.

アインシュタインの教授の一人であった数学者のヘルマン・ミンコフスキーが、アインシュタインの理論について考える正しい方法は、空間と時間はもはや分離していないということだ、と言ったのはその2年後のことだった。

To imagine there's one thing called space time and different people, different observers moving in different ways through the universe will divide it up into space and time differently. There's no objective true fact about when I snap my fingers now, what's happening light years away. That's going to depend on who's doing the observing and who's doing the measuring. It can all be explained very beautifully by imagining a single four dimensional space time instead of separate space and time. Einstein himself was not impressed by this move. Einstein was a hilarious character because he was a physicist's physicist. He was very mathematically adept.

空間と時間という一つのものがあり、異なる人々、異なる方法で宇宙を移動する異なる観測者が、異なる空間と時間に分割すると想像することだ。私が今指を鳴らしたとき、何光年先で何が起きているかという客観的な事実はない。それは、誰が観測し、誰が測定するかによる。空間と時間を分けて考えるのではなく、4次元の単一空間時間を想像することで、すべてをとても美しく説明することができる。アインシュタイン自身はこの動きに感心しなかった。アインシュタインは物理学者の物理学者であったからだ。彼は非常に数学に精通していた。

Don't believe the stories that Einstein wasn't good at math in school. He was very good at it.

アインシュタインは学生時代、数学が苦手だったという話を信じてはいけない。彼は数学が得意だった。

But he wasn't in it for the math. He was in it for the physics. So he learned as much math as he needed. And when Minkowski says I have some new math that unifies space and time based on Einstein's theories, Einstein himself is like

でも、彼は数学のためではなかった。物理が目的だった。だから彼は必要なだけ数学を学んだ。ミンコフスキーが、アインシュタインの理論に基づいて空間と時間を統一する新しい数学があると言うと、アインシュタイン自身はこう言った。

I don't need that. That's like extra mathematical nonsense. He soon changed his mind because it turns out that that move from space and time being separate to being combined is super useful going forward, including 10 years later, he would invent his general theory of relativity that include gravity into the space time story.

そんなものは必要ない。余計な数学的ナンセンスだ。彼はすぐに考えを変えた。空間と時間が別々であったものから組み合わされたものへと変化したことが、10年後、一般相対性理論を考案し、重力が時空間の話に含まれるようになるなど、今後に大いに役立つことがわかったからだ。

When Einstein put together what we now call the special theory of relativity, the idea that there's no preferred standard of rest in the universe, but also everyone thinks the speed of light is the same. All you have to do is imagine ultimately that space and time are glued together.

アインシュタインが今でいう特殊相対性理論を構築したとき、宇宙には好ましい安静の基準は存在せず、また誰もが光の速度は同じだと考えているという考えが生まれた。最終的には、空間と時間が接着していると想像すればいいのです。

That was a radical reworking of the framework of physics.

それは物理学の枠組みを根本的に作り直すものだった。

Newton's idea of separate space and separate time absolute and agreed upon by everyone had been there for hundreds of years. And when you do that, when you say, OK, I'm going to completely invent space and time in part because I want to match this wonderful theory we have, Maxwell's theory of electricity and magnetism, you have to go back to everything that was a success in your previous way of doing things and say, does it still work?

ニュートンの考えた空間と時間の分離は、絶対的なものであり、誰もが同意するものであった。そして、マクスウェルの電気と磁気の理論という素晴らしい理論と一致させるために、空間と時間を完全に発明しようとする。

The biggest success of Newtonian classical mechanics was gravity.

ニュートン古典力学の最大の成功は重力だった。

The famous inverse square law of gravity. Newton posited that if you have two objects with two different masses, they have a gravitational force that will pull them together that diminishes as one over the square of the distance between them.

有名な重力の逆二乗則。ニュートンは、2つの異なる質量を持つ物体が2つある場合、それらの物体を引き寄せる重力があり、その力は両者の間の距離の2乗に比例して減少すると仮定した。

And that simple rule, plus the framework of Newtonian mechanics is enough to match exactly what you see in the sky in terms of the planets moving around. It's enough to launch a rocket and get it to the moon.

そして、この単純なルールとニュートン力学の枠組みがあれば、空に見える惑星の動きと正確に一致するのだ。ロケットを打ち上げて月に到達させるのに十分なのだ。

So Einstein comes along and says, well, OK, can I make a version of Newton's theory of gravity that is compatible with my new theory of special relativity? And after trying he said, no, I can't. You have to do something much more dramatic. And what he realized is that gravity is a special force of nature. You know, Maxwell talks about electricity and magnetism.

そこでアインシュタインがやってきて、私の新しい特殊相対性理論と互換性のあるニュートンの重力理論を作れないかと言った。試した結果、彼は言った。もっと劇的なことをしなければならない。そして彼が気づいたのは、重力は自然界の特別な力だということだった。マクスウェルが電気と磁気について話しているのをご存じだろう。

If I want to know what the electric field is at one point in space, it's very easy to do. I put a positively charged particle, a negatively charged particle, they get pushed in opposite directions by the electric field. But Einstein realized that every particle reacts the same way to gravity. If I have a very heavy particle and a very light particle and I drop them, Galileo showed that they drop at exactly the same rate. They're not pushed around in a different way.

空間のある一点における電場を知りたい場合、それはとても簡単だ。プラスの電荷を帯びた粒子とマイナスの電荷を帯びた粒子を置くと、電場によって反対方向に押されるんだ。しかしアインシュタインは、どの粒子も重力に対して同じように反応することに気づいた。非常に重い粒子と非常に軽い粒子があって、それらを落とすと、ガリレオはまったく同じ速度で落ちることを示した。両者が異なる方法で押し流されることはないのだ。

So because of that, gravity seems to disappear if you only look at it in a tiny region of the universe. If you were in a sealed box and you were dropping things and going, oh, I have gravity here, you don't know that for sure. Maybe you're in a rocket ship and the rocket is accelerating and you're being tricked into thinking you have gravity. So

そのため、宇宙のごく一部の領域だけを見ていると、重力が消えているように見えるのです。もしあなたが密閉された箱の中にいて、物を落として、ああ、ここには重力があるんだと思ったとしても、それは確かなことではありません。もしかしたらロケットの中にいて、ロケットが加速しているから重力があるように錯覚しているのかもしれない。だから

Einstein, because he's Einstein, he's very smart, you or I would go, huh, that's interesting. But he says, I think what that means is that gravity is not a force on top of space-time.

アインシュタインはアインシュタインで、とても頭がいい。でも彼は、重力は時空の上にある力ではない、と言っています。

It's a feature of space-time itself. What feature could it be? Well, my ex-professor Minkowski says that space-time has a geometry. It's one combined thing and there are equations telling me how particles move in it. Maybe that geometry is curved. Maybe it's not like a flat tabletop like Euclidean geometry. Maybe it's warped and bent and dynamical and changes in response to the existence of mass and energy and things like that. It's a good idea to have.

時空そのものの特徴だ。どんな特徴なんだ？私の元教授であるミンコフスキーが言うには、時空には幾何学的な形があるそうだ。時空は一つのまとまったもので、その中で粒子がどのように動くかを示す方程式がある。その幾何学は曲がっているのかもしれない。ユークリッド幾何学のような平らなテーブルの上ではない。歪んでいて、曲がっていて、力学的で、質量やエネルギーなどの存在に反応して変化しているのかもしれない。それは良いアイデアだ。

It takes you a lot of effort and a lot of mathematical work to figure it out.

それを理解するためには、多くの努力と数学的作業が必要だ。

So ten years later, in 1915, Einstein finally completes what we call the General Theory of Relativity. And the General Theory of Relativity says space-time is a four-dimensional thing. That four-dimensional thing has a geometry. It's pushed around by matter and energy and we experience the curvature of space-time as the force of gravity. When Einstein and Minkowski figured out that space and time are both two different ways of slicing up space-time, what does that mean?

そして10年後の1915年、アインシュタインはついに一般相対性理論と呼ばれるものを完成させた。一般相対性理論では、時空は4次元のものであるとしている。その4次元のものには幾何学がある。時空は物質とエネルギーに押され、私たちは時空の湾曲を重力として経験する。アインシュタインとミンコフスキーが、空間と時間は2つの異なる時空の切り方であると考えたとき、それは何を意味するのだろうか？

What does that mean in our guts? What does it visually or measurably imply? In space, there's something called the distance between two points. If you say

それは腹の中で何を意味するのか？それは視覚的に、あるいは計測的に何を意味するのだろうか？空間には2点間の距離というものがある。もし

I'm here in Washington, D.C. and a friend of mine is in Los Angeles, there's a distance between those two cities. And we all agree on what that distance is because implicitly, we're imagining the shortest distance path, the straight line that connects these two points. But of course if you actually travel between these two cities, you won't exactly necessarily take that much distance because you're going to go right and left.

私はワシントンD.C.にいて、私の友人はロサンゼルスにいる。私たちは暗黙のうちに、この2点を結ぶ最短距離の道、つまり直線を想像しているからだ。しかしもちろん、実際にこの2つの都市間を移動する場合、右往左往することになるので、必ずしもその距離だけかかるとは限らない。

You're not going to go exactly on a straight line. So in space, we're all very, very used to the idea that different paths have different lengths even if they start and end at the same point. In special relativity, now that space and time are unified, what that means is that time is like that.

正確に一直線に進むことはない。だから空間では、たとえ同じ地点から始まって同じ地点で終わるとしても、異なる経路は異なる長さを持つという考え方に、私たちはとてもとても慣れている。特殊相対性理論では、空間と時間が統一されたので、時間も同じようなものだということになる。

The time you personally measure on your wristwatch is very analogous to the distance that you travel moving on some path. What that means is that rather than being a universal thing that everyone agrees on, time depends on the trajectory you take through the universe. The most famous example of this is the twin paradox. You imagine two twins. They don't have to be twins, but it's more vivid if they are because you think of twins as being the same age.

あなたが個人的に腕時計で計測している時間は、ある経路を移動しているときの距離に非常によく似ている。つまり、時間は誰もが同意する普遍的なものではなく、あなたが宇宙を進む軌跡によって決まるということだ。その最も有名な例が双子のパラドックスである。二人の双子を想像してみてほしい。双子である必要はないが、双子は同い年だと考えるので、双子であった方がより鮮明だ。

One twin just doesn't move, just stays home. This is the lazy twin.

片方の双子は動かず、ただ家にいる。これが怠け者の双子だ。

And they get older like the rest of us all do.

そして彼らも私たちと同じように年を取っていく。

The other twin hops in a rocket ship that moves out very close to the speed of light.

もう一人の双子は、光速に極めて近い速度で進むロケット船でホップする。

You need to move close to the speed of light to feel the effects of relativity.

相対性理論の効果を感じるには、光速の近くまで移動する必要がある。

And then comes back. And so they left at the same time.

そして戻ってくる。そうして二人は同時に去った。

They were the same age. They come back to the same point in space and the same point in time. But the twin who traveled is now younger.

彼らは同じ年齢だった。彼らは空間的にも時間的にも同じ地点に戻ってきた。しかし、旅をした双子の方が若くなっている。

The twin who traveled has experienced less time than the twin who stayed home. And the reason why is because they took different paths through space-time. Space and time are similar to each other, but not exactly the same. That's why in space the shortest distance path is a straight line.

旅に出た双子は、家にいた双子よりも経験した時間が短い。その理由は、時空間を通る経路が違うからだ。空間と時間は互いに似ているが、まったく同じではない。だから空間では最短距離の経路は直線なのだ。

But in time, the longest time path is the straight line.

しかし、時間においては、最も長い時間の道筋は直線である。

The twin who stays stationary and doesn't move that's moving in a straight line through space-time. That's the one that feels more time pass before the other twin comes back.

静止したまま動かない双子は、時空を一直線に進んでいる。それは、もう片方の双子が戻ってくるまでに、より多くの時間の経過を感じる方だ。

When people hear this stuff about relativity and moving through space and things, what they want to say is, oh, so you're saying that time moves more slowly when you're traveling near the speed of light. No, I do not want to say that. I very much do not want to say that. What is the rate at which time moves? It is one second per second. You're being tricked by your use of the English language.

相対性理論とか、空間を移動するとか、そういう話を聞くと、人々はこう言いたくなる。いや、そんなことは言いたくない。そんなことは言いたくない。時間の進む速度は？1秒に1秒です。あなたは英語の使い方に騙されている。

Because you move through space and it makes perfect sense to say

なぜなら、あなたは空間を移動するのだから、次のように言うのは理にかなっている。

I'm moving at one meter per second or two meters per second or whatever.

僕は秒速1メートルとか2メートルとか、そういうスピードで動いている。

The rate at which you move is the number of distance you travel per unit time. But the amount of time you travel per unit time is always one. Now, the accumulated time along two different trajectories can be different.

移動速度は単位時間当たりの移動距離の数である。しかし、単位時間当たりの移動時間は常に1である。さて、2つの異なる軌道に沿った累積時間は異なる可能性がある。

That's the origin of something like the twin paradox. Or when gravity comes into the game, the amount of total time you experience will be less if you're deep in a gravitational field than if you're out there in interstellar space where gravity is not that important.

それが双子のパラドックスの起源だ。あるいは、重力がゲームに加わると、重力がそれほど重要でない星間空間にいるよりも、重力場の奥深くにいる方が、経験する総時間が短くなる。

In general relativity, being a strong gravitational field is much like moving out there close to the speed of light.

一般相対性理論では、強い重力場というのは、光速の近くを移動するようなものだ。

If you had someone stay back here on Earth, someone else go near a black hole, for example. A black hole is the strongest kind of gravitational field you can have. Don't go in to the black hole because then you can't come back out.

例えば、誰かが地球に残っていて、誰かがブラックホールの近くに行くとする。ブラックホールは最も強い重力場だ。ブラックホールの中に入ってはいけない。

But if you go near it and then you come back, you will be younger than the person who just stayed behind. You will have experienced less time.

しかし、その近くまで行ってから戻ってくれば、残っていた人よりも若くなる。経験した時間が短くなる。

Your wristwatch is still clicking at one second per second, but the accumulated amount of time is different because you have taken a different path through curved spacetime. In Interstellar, the Christopher

あなたの腕時計は相変わらず1秒につき1秒を刻んでいるが、湾曲した時空を別の経路で進んだため、累積された時間は異なっている。インターステラー』では、クリストファー

Nolan movie, this is wonderfully illustrated. Kip Thorne, who is a Nobel Prize winning physicist, was the executive producer and one of the instigators of that movie. He put all of his physics knowledge in there about wormholes and black holes and gravity and time travel.

ノーランの映画、これは素晴らしい図解だ。ノーベル賞を受賞した物理学者であるキップ・ソーンは、この映画の製作総指揮者であり、扇動者の一人だった。彼はワームホールやブラックホール、重力、タイムトラベルなど、物理学の知識をすべて注ぎ込んだ。

Up until the very last scenes when they're in the library and everything goes haywire, all the physics in that movie is completely respectable.

図書館ですべてがおかしくなる最後のシーンまで、あの映画の物理学はすべて完全に立派なものだ。

One thing that is true even in Newtonian ways of thinking about space and time or in Einsteinian ways of thinking about space and time is that these fundamental laws, as Laplace's demon shows us, work forward and backward in time. Knowing everything about the universe at one moment predicts the past as well as the future. That's because what we think of as the fundamental laws of physics do not have a directionality to time. They treat the past and future the same. But there's clearly a direction to time in the world. I remember what I was doing yesterday. I might guess what I'm going to do tomorrow, but I don't remember it in the same way. I have no photographs or memory books of the future. I was younger.

ニュートン流の空間と時間の考え方でも、アインシュタイン流の空間と時間の考え方でも言えることは、ラプラスの悪魔が示すように、これらの基本法則は時間の前方にも後方にも働くということだ。ある瞬間に宇宙のすべてを知ることで、過去も未来も予測できる。それは、私たちが物理学の基本法則だと思っているものには、時間に対する方向性がないからだ。過去も未来も同じように扱う。しかし、世界には明らかに時間の方向性がある。私は昨日何をしていたか覚えている。明日何をするかは推測できるかもしれないが、同じようには覚えていない。未来の写

I will always be older in the future. What is going on with that?

私は将来、必ず年を取る。どうなっているんだ？

And the answer is it's not the fundamental laws of physics.

そしてその答えは、物理学の基本法則ではない、ということだ。

It's the collective behavior of many, many things in the universe that start out in a special state. It goes back to the idea of entropy from the 1800s, the idea of the disorderliness of a system, the randomness, the disorganization. And entropy increases with time. That's the famous second law of thermodynamics.

それは、宇宙の多くの物事の集合的な振る舞いであり、最初は特別な状態から始まる。これは1800年代のエントロピーの考え方にさかのぼるもので、システムの無秩序さ、ランダムさ、無秩序さの考え方だ。エントロピーは時間とともに増大する。これが有名な熱力学の第二法則だ。

Why does entropy increase with time? Because there are more ways for a system to be arranged in a high-entropy configuration than a low-entropy one, by definition. And the universe started in a very special low-entropy state. Nobody knows why that is true. This is a mystery to cosmology. But the entropy of the universe was very, very low to start, and it's been increasing ever since.

なぜエントロピーは時間とともに増大するのか？なぜなら、ある系が高エントロピーに配置される方法は、低エントロピーに配置される方法よりも多いからだ。そして宇宙は、非常に特殊な低エントロピー状態から始まった。なぜそうなのかは誰にもわからない。これは宇宙論の謎である。しかし、宇宙のエントロピーの始まりはとてもとても低く、それ以来ずっと上昇し続けている。

And us having memories of the past but not the future, the ability to have records, the fact that we age in the same direction, this is all because entropy is increasing in one direction rather than the other.

過去の記憶はあるが未来の記憶はないこと、記録を持つこと、同じ方向に歳をとること、これらはすべて、エントロピーが一方向ではなく他方向に増大しているためである。

I like to think if you were a physicist circa 1895, the very end of the 19th century, you would have been forgiven for thinking that we were almost there. We were almost having a complete theory of nature in our grasp. Because they had the idea of particles. The idea of an atom was a little bit sketchy to a lot of physicists in the 1800s, but they eventually caught on and they were beginning to realize that atoms were made of other particles, protons, neutrons, electrons, and so forth. And then the particles, which make up matter, are pushed around by fields, by the electric field, by the magnetic field, by the gravitational field, and so forth. So you have this sort of two-part harmony. Matter is made of particles, forces come from fields, and all the effort in the future of physics would be figuring out what are all the particles, what are all the fields, and then you'd be done. There were a couple of clouds on the horizon. One of them ended up being relativity.

もしあなたが1895年頃、つまり19世紀末の物理学者であったなら、私たちはもうすぐそこまで来ていると考えてもおかしくなかったと思う。もう少しで、完全な自然理論が手に入るところだった。なぜなら、彼らは粒子という考えを持っていたからだ。1800年代の多くの物理学者にとって、原子という考え方は少し大ざっぱなものでしたが、やがて彼らは理解し、原子は陽子、中性子、電子などの他の粒子からできていることを理解し始めました。そして、物質を構成する粒子は、電場、磁場、重力場などの場によって押し流される。つまり、このような2

The fact that the symmetries of Maxwell's theory of electromagnetism were different than the symmetries of Newton's theory of classical mechanics.

マクスウェルの電磁気学の理論の対称性が、ニュートンの古典力学の理論の対称性とは異なっていたという事実。

But the others were that there were certain properties of matter and materials that didn't quite seem to make sense. And I'm going to be ahistorical now. Let's pop forward to like 1911. They were putting together the picture of the atom that is the cartoon you've always seen, right? There's a little nucleus at the center of the atom and electrons are circling around it like planets orbiting a star. This is called the Rutherford atom model after Ernest Rutherford, who was a brilliant experimental and theoretical physicist.

しかし、その他は、物質や材料にはある種の性質があり、それは理にかなっていないように思えた。そして、私は今、非歴史的になるつもりだ。1911年頃に話を進めよう。彼らは、皆さんがいつも見ている漫画のような原子の絵を組み立てていましたね。原子の中心に小さな原子核があって、その周りを電子が星の周りを回る惑星のように回っている。これは、優れた実験的・理論的物理学者であったアーネスト・ラザフォードにちなんで、ラザフォード原子モデルと呼ばれている。

And this was entertained and people liked the idea that electrons were kind of like little planets, but they instantly figured out it can't possibly be right. Because that electron orbiting the nucleus would give off electromagnetic waves.

電子は小さな惑星のようなものだという考え方は、人々に受け入れられましたが、彼らは即座にそれが正しいわけがないと考えたのです。なぜなら、原子核の周りを回る電子は電磁波を発するからだ。

It's a moving particle. Moving charged particles give off light.

動く粒子だ。動く荷電粒子は光を放つ。

All of the light you're looking at right now came from some electron in motion moving around. So you can calculate. You can say if the electron is moving around in orbit around the atomic nucleus if it gives off light it will lose energy and spiral into the nucleus.

あなたが今見ている光はすべて、動き回る電子から出たものだ。だから計算できる。もし電子が原子核の周りを公転しながら移動しているのであれば、それが光を放てばエネルギーを失い、原子核の中に螺旋状に入り込むと言うことができる。

How long should that take? And the answer is every atom in the universe, including the ones in the chair you're sitting on or even in your own body, should collapse to a point in a hundredth of a billionth of a second. So that clearly does not happen.

それにはどれくらいの時間がかかるのだろうか？その答えは、あなたが座っている椅子の中の原子も、あなた自身の体の中の原子も含めて、宇宙のすべての原子は10億分の1秒で1点に崩壊するはずだということです。だから、それは明らかに起こらない。

The idea that electrons are like little planets in the solar system is just wrong. And this and other things, blackbody radiation and other experimental results convinced people that there wasn't this clean division between particles and forces. They said there's aspects of light, which is supposed to be a wave, which are particle-like. Einstein said that. There are aspects of particles, like electrons, that are wavelength. Louis de Broglie following work by Niels Bohr and others said that. And this whole thing coalesces almost exactly a hundred years ago in 1925 in the theory of quantum mechanics.

電子が太陽系の小さな惑星のようなものだという考えは間違っている。この他にも、黒体輻射やその他の実験結果によって、粒子と力の間にはきれいな区分けはないと人々は確信した。波であるはずの光にも粒子的な側面があると。アインシュタインはそう言った。電子のような粒子には波長的な側面がある。ルイス・ド・ブロイは、ニールス・ボーアや他の人たちの研究に従ってそう言った。そして、この全体的なことは、ほぼ正確に100年前の1925年、量子力学の理論に集約される。

And almost right at the same time two different versions of it came out.

そして、ほぼ同時に2つの異なるバージョンが発表された。

Werner Heisenberg had his version called matrix mechanics.

ヴェルナー・ハイゼンベルクは、行列力学と呼ばれるバージョンを持っていた。

Erwin Schrodinger had his version called wave mechanics. They showed that they were actually mathematically equivalent. But quantum mechanics,

エルヴィン・シュレディンガーは波動力学と呼ばれるバージョンを持っていた。両者が数学的に等価であることを示したのだ。しかし量子力学は

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ショーン・キャロル、なぜ物理学は単純であり不可能なのか｜インタビュー全文 (Sean Carroll explains why physics is both simple and impossible | Full Interview)

sort

figure

basically

matter