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  • The universe

    翻訳: Sawa Horibe 校正: Shuichi Sakai

  • is really big.

    宇宙は

  • We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy.

    実に広大です

  • There are about a hundred billion stars in the Milky Way Galaxy.

    私たちは銀河の1つ 天の川銀河にいます

  • And if you take a camera

    天の川銀河には約1千億の星があります

  • and you point it at a random part of the sky,

    カメラを空のどこかに向けて

  • and you just keep the shutter open,

    シャッターを

  • as long as your camera is attached to the Hubble Space Telescope,

    開けたままにしておくだけで

  • it will see something like this.

    カメラがハッブル宇宙望遠鏡に繋がっていればですが

  • Every one of these little blobs

    このようなものが見えます

  • is a galaxy roughly the size of our Milky Way --

    これらの小さな塊のそれぞれが

  • a hundred billion stars in each of those blobs.

    私たちの銀河系程の大きさの銀河で

  • There are approximately a hundred billion galaxies

    1つの塊ごとに1千億の星があります

  • in the observable universe.

    観測できる限りの宇宙には

  • 100 billion is the only number you need to know.

    大体1千億の銀河があります

  • The age of the universe, between now and the Big Bang,

    覚える数字は「1千億」だけです

  • is a hundred billion in dog years.

    ビッグバンから現在の宇宙の年齢は

  • (Laughter)

    犬年齢で言う1千億年です

  • Which tells you something about our place in the universe.

    (笑)

  • One thing you can do with a picture like this is simply admire it.

    宇宙での人間の身分が分かります

  • It's extremely beautiful.

    このような非常に美しい写真は

  • I've often wondered, what is the evolutionary pressure

    見とれるだけでもかまいません

  • that made our ancestors in the Veldt adapt and evolve

    銀河の写真などなかった頃に これを本当に楽しめるまで

  • to really enjoy pictures of galaxies

    アフリカ南部の草原にいた私たちの祖先を順応させ

  • when they didn't have any.

    進化させた進化の要因は

  • But we would also like to understand it.

    何だろうとよく考えます

  • As a cosmologist, I want to ask, why is the universe like this?

    でも同時に理解もしたいのです

  • One big clue we have is that the universe is changing with time.

    宇宙学者として「なぜ宇宙はこうなのだ?」と聞きたいのです

  • If you looked at one of these galaxies and measured its velocity,

    大きなヒントの1つは宇宙が時とともに変化していることです

  • it would be moving away from you.

    銀河の1つをとってその速度を測ると

  • And if you look at a galaxy even farther away,

    私たちから遠ざかっています

  • it would be moving away faster.

    さらに遠い銀河を見ると

  • So we say the universe is expanding.

    もっと速く遠ざかっています

  • What that means, of course, is that, in the past,

    宇宙は膨張しているということです

  • things were closer together.

    つまり 過去の銀河はお互い

  • In the past, the universe was more dense,

    もっと近かったということです

  • and it was also hotter.

    昔の宇宙は今より密度が高く

  • If you squeeze things together, the temperature goes up.

    温度も高かったのです

  • That kind of makes sense to us.

    物を圧縮すると温度が上がります

  • The thing that doesn't make sense to us as much

    これはそれなりに理解できます

  • is that the universe, at early times, near the Big Bang,

    あまり理解できないのは

  • was also very, very smooth.

    初期のビッグバンに近い頃の宇宙が

  • You might think that that's not a surprise.

    非常に均一的だったことです

  • The air in this room is very smooth.

    驚くことでないと思うかもしれません

  • You might say, "Well, maybe things just smoothed themselves out."

    この会場の空気はとても均一的です

  • But the conditions near the Big Bang are very, very different

    「物は自然に均一化するのでは」と言うかもしれません

  • than the conditions of the air in this room.

    でもビッグバンの頃の状態はこの会場の空気の状態とは

  • In particular, things were a lot denser.

    非常に異なっていました

  • The gravitational pull of things

    特に物体の密度はもっと高く

  • was a lot stronger near the Big Bang.

    重力が物体を引きつける働きは

  • What you have to think about

    ビッグバン直前はもっと強力でした

  • is we have a universe with a hundred billion galaxies,

    考えてみてください

  • a hundred billion stars each.

    宇宙には1千億の銀河があり

  • At early times, those hundred billion galaxies

    それぞれ1千億の星があるのです

  • were squeezed into a region about this big --

    その1千億の銀河が最初の頃は

  • literally -- at early times.

    このくらいの大きさに圧縮されていたのです

  • And you have to imagine doing that squeezing

    実際初期にはこの大きさでした

  • without any imperfections,

    その圧縮をどう行うか考えてみると

  • without any little spots

    完璧でなくてはならず

  • where there were a few more atoms than somewhere else.

    ほんの少しでも原子の分布が

  • Because if there had been, they would have collapsed under the gravitational pull

    不均等な場所があるとダメです

  • into a huge black hole.

    あれば重力に引き込まれ 巨大なブラックホールと

  • Keeping the universe very, very smooth at early times

    なっていたはずだからです

  • is not easy; it's a delicate arrangement.

    初期の宇宙をしっかり均等に保つのは簡単ではありません

  • It's a clue

    繊細な調節が必要です

  • that the early universe is not chosen randomly.

    これは初期の宇宙が無作為に

  • There is something that made it that way.

    選択されたのでないことを示唆します

  • We would like to know what.

    何かがそうさせたのです

  • So part of our understanding of this was given to us by Ludwig Boltzmann,

    それが何か知りたいのです

  • an Austrian physicist in the 19th century.

    これに対する理解の一部はオーストリアの物理学者

  • And Boltzmann's contribution was that he helped us understand entropy.

    ルートヴィッヒ・ボルツマンが19世紀に提示しました

  • You've heard of entropy.

    そしてエントロピーの理解を深めてくれました

  • It's the randomness, the disorder, the chaoticness of some systems.

    エントロピーは聞いたことがありますね

  • Boltzmann gave us a formula --

    ある体系における不確定さ 乱雑さ 無秩序さです

  • engraved on his tombstone now --

    ボルツマンは方程式を作り―

  • that really quantifies what entropy is.

    彼の墓石に刻まれていますが―

  • And it's basically just saying

    エントロピーを見事に数量化しました

  • that entropy is the number of ways

    基本的にはエントロピーとは

  • we can rearrange the constituents of a system so that you don't notice,

    ある体系の構成物質を

  • so that macroscopically it looks the same.

    マクロ的には同じに見える状態で幾通り

  • If you have the air in this room,

    並び替えられるかです

  • you don't notice each individual atom.

    この会場には空気がありますが

  • A low entropy configuration

    私たちに個々の原子は見分けられません

  • is one in which there's only a few arrangements that look that way.

    低エントロピーな構造は

  • A high entropy arrangement

    外見がそう見える並べ方が少ないもので

  • is one that there are many arrangements that look that way.

    高エントロピーの構造は

  • This is a crucially important insight

    外見がそう見える並べ方が多いものです

  • because it helps us explain

    これは非常に重要な見識です

  • the second law of thermodynamics --

    熱力学第二法則の

  • the law that says that entropy increases in the universe,

    説明に役立つからです

  • or in some isolated bit of the universe.

    この法則によると 宇宙のエントロピーは増加します

  • The reason why entropy increases

    隔離された宇宙の片隅もそうです

  • is simply because there are many more ways

    なぜ増加するかと言うと

  • to be high entropy than to be low entropy.

    単純に 低エントロピーより高エントロピーとなる

  • That's a wonderful insight,

    状態の方が多いからです

  • but it leaves something out.

    これは素晴らしい見識ですが

  • This insight that entropy increases, by the way,

    欠けているものがあります

  • is what's behind what we call the arrow of time,

    エントロピーが増加する見識は

  • the difference between the past and the future.

    いわゆる「時間の矢」の背景にあるものです

  • Every difference that there is

    過去と未来の違いです

  • between the past and the future

    過去と未来の間にある

  • is because entropy is increasing --

    違いのすべては

  • the fact that you can remember the past, but not the future.

    エントロピーの増加のため起こります

  • The fact that you are born, and then you live, and then you die,

    過去を思い出せても未来は思い出せないという事実

  • always in that order,

    人は生まれ 生き 死ぬという事実

  • that's because entropy is increasing.

    常にこの順番であること これらは

  • Boltzmann explained that if you start with low entropy,

    エントロピーが増加しているからです

  • it's very natural for it to increase

    ボルツマンはエントロピーが低いものが

  • because there's more ways to be high entropy.

    高くなるのは全く自然だと説明しました

  • What he didn't explain

    高エントロピーの形の方が多いからです

  • was why the entropy was ever low in the first place.

    でも説明されなかったのは

  • The fact that the entropy of the universe was low

    エントロピーがなぜ最初の時点で低いのかということです

  • was a reflection of the fact

    宇宙のエントロピーが低かったのは

  • that the early universe was very, very smooth.

    初期の宇宙が非常に

  • We'd like to understand that.

    均一的だった事実を反映するものです

  • That's our job as cosmologists.

    これを理解したいのです

  • Unfortunately, it's actually not a problem

    それが宇宙学者の使命です

  • that we've been giving enough attention to.

    残念なことに この課題は実際

  • It's not one of the first things people would say,

    十分に検討されているものでありません

  • if you asked a modern cosmologist,

    「取り組んでいる課題は何ですか?」と

  • "What are the problems we're trying to address?"

    近代の宇宙学者に聞いても

  • One of the people who did understand that this was a problem

    最初に挙げられたりしません

  • was Richard Feynman.

    これが課題であると理解した1人は

  • 50 years ago, he gave a series of a bunch of different lectures.

    リチャード・ファインマンでした

  • He gave the popular lectures

    50年前に様々な講座を教え

  • that became "The Character of Physical Law."

    のちに「物理法則の特性」として

  • He gave lectures to Caltech undergrads

    出版された人気の講義も教えました

  • that became "The Feynman Lectures on Physics."

    Caltechの学部生向けの講義が

  • He gave lectures to Caltech graduate students

    「ファインマン物理学」となったり

  • that became "The Feynman Lectures on Gravitation."

    Caltechの院生向けの講義が

  • In every one of these books, every one of these sets of lectures,

    「ファインマン重力学」となりました

  • he emphasized this puzzle:

    彼はこれら全部の本と講義で

  • Why did the early universe have such a small entropy?

    次の疑問を強調しました:

  • So he says -- I'm not going to do the accent --

    初期の宇宙のエントロピーがこれほど小さかったのはなぜだ?

  • he says, "For some reason, the universe, at one time,

    口真似はしませんが こう言いました

  • had a very low entropy for its energy content,

    「なぜか宇宙のエントロピーは一時期

  • and since then the entropy has increased.

    そのエネルギー量に対して非常に低かったのだが

  • The arrow of time cannot be completely understood

    その後高くなったのである

  • until the mystery of the beginnings of the history of the universe

    宇宙の歴史の始まりの謎がさらに解かれて

  • are reduced still further

    臆測から理解となるまで

  • from speculation to understanding."

    この時間の方向性を完全に

  • So that's our job.

    理解することはできない」

  • We want to know -- this is 50 years ago, "Surely," you're thinking,

    ですからこれが私たちの使命です

  • "we've figured it out by now."

    50年前の話ですから「さすがに

  • It's not true that we've figured it out by now.

    もう解明しただろう」と思うでしょう

  • The reason the problem has gotten worse,

    でも解明していません

  • rather than better,

    この課題は解明に近づく代わりに

  • is because in 1998

    遠ざかりました

  • we learned something crucial about the universe that we didn't know before.

    宇宙について知られていなかった

  • We learned that it's accelerating.

    重要なことが1998年に明らかになったからです

  • The universe is not only expanding.

    宇宙は加速していたのです

  • If you look at the galaxy, it's moving away.

    膨張だけではありませんでした

  • If you come back a billion years later and look at it again,

    銀河を見ると遠ざかっています

  • it will be moving away faster.

    でも10億年後に再び見たら

  • Individual galaxies are speeding away from us faster and faster

    もっと速く遠ざかっているのです

  • so we say the universe is accelerating.

    個々の銀河は加速して私たちから遠ざかっています

  • Unlike the low entropy of the early universe,

    宇宙は加速しているわけです

  • even though we don't know the answer for this,

    初期の宇宙の低エントロピーと違い

  • we at least have a good theory that can explain it,

    解明はしていなくても この件には

  • if that theory is right,

    少なくとも優れた学説があり

  • and that's the theory of dark energy.

    その説が正しければ説明もつきます

  • It's just the idea that empty space itself has energy.

    これはダークエネルギーの学説で

  • In every little cubic centimeter of space,

    何もない空間そのものにエネルギーがあるという説です

  • whether or not there's stuff,

    空間の隅々まで

  • whether or not there's particles, matter, radiation or whatever,

    物質があってもなくても

  • there's still energy, even in the space itself.

    粒子 物質 放射物などの有無に限らず

  • And this energy, according to Einstein,

    空間そのものにエネルギーがあるということです

  • exerts a push on the universe.

    アインシュタインによると

  • It is a perpetual impulse

    このエネルギーが宇宙を押しているとのことです

  • that pushes galaxies apart from each other.

    銀河を押し離す

  • Because dark energy, unlike matter or radiation,

    果てしない力積なのです

  • does not dilute away as the universe expands.

    これはダークエネルギーは物質や放射物と違い

  • The amount of energy in each cubic centimeter

    宇宙が膨張しても密度が下がらないからです

  • remains the same,

    たとえ宇宙がどんどん広くなっても

  • even as the universe gets bigger and bigger.

    1立方センチの空間にあるエネルギー量は

  • This has crucial implications

    変わらないのです

  • for what the universe is going to do in the future.

    これは今後宇宙がどうなるかに対して

  • For one thing, the universe will expand forever.

    重要な意味合いを持ちます

  • Back when I was your age,

    まず 宇宙は永遠に膨張します

  • we didn't know what the universe was going to do.

    私がみなさんの年齢だった頃は

  • Some people thought that the universe would recollapse in the future.

    宇宙がどうなるのか分かっておらず

  • Einstein was fond of this idea.

    未来には再収縮すると思う人もいました

  • But if there's dark energy, and the dark energy does not go away,

    アインシュタインはこの考えが好きでした

  • the universe is just going to keep expanding forever and ever and ever.

    でも尽きることのないダークエネルギーがあるのなら

  • 14 billion years in the past,

    宇宙はただ永遠に膨張し続けます

  • 100 billion dog years,

    過去は140億年

  • but an infinite number of years into the future.

    犬年齢でも1千億年

  • Meanwhile, for all intents and purposes,

    でも未来の年数は無限なのです

  • space looks finite to us.

    一方 私たちからはどうしても

  • Space may be finite or infinite,

    宇宙には限りがあるように見えます

  • but because the universe is accelerating,

    有限かも無限かもしれませんが

  • there are parts of it we cannot see

    宇宙は加速しているので

  • and never will see.

    今までもこれからも私たちが

  • There's a finite region of space that we have access to,

    目にすることのない部分があります

  • surrounded by a horizon.

    宇宙で手が届くのは地平線に囲まれた

  • So even though time goes on forever,

    限られた領域だけだからです

  • space is limited to us.

    ですから時間が永遠でも

  • Finally, empty space has a temperature.

    私たちの宇宙は限られています

  • In the 1970s, Stephen Hawking told us

    最後に 何もない空間にも温度があります

  • that a black hole, even though you think it's black,

    70年代にスティーブン・ホーキングが

  • it actually emits radiation

    ブラックホールは暗黒に見えても

  • when you take into account quantum mechanics.

    量子力学を考慮すると

  • The curvature of space-time around the black hole

    放射線を放出していると言いました

  • brings to life the quantum mechanical fluctuation,

    ブラックホール周辺の時空の歪みが

  • and the black hole radiates.

    量子力学的な揺らぎを生み出し

  • A precisely similar calculation by Hawking and Gary Gibbons

    放射線が放出されるのです

  • showed that if you have dark energy in empty space,

    ホーキングとゲリー・ギボンスの非常に似た計算によると

  • then the whole universe radiates.

    ダークエネルギーが何もない空間にあると

  • The energy of empty space

    宇宙全体が放射線を発するとのことです

  • brings to life quantum fluctuations.

    何もない空間のエネルギーが

  • And so even though the universe will last forever,

    量子的揺らぎを引き起こすのです

  • and ordinary matter and radiation will dilute away,

    つまり宇宙が永遠に続いて

  • there will always be some radiation,

    平凡な物質と放射線の密度が下がっても

  • some thermal fluctuations,

    一定の放射物や熱揺動は

  • even in empty space.

    何もない空間にでも

  • So what this means

    存在し続けるのです

  • is that the universe is like a box of gas

    つまり宇宙は

  • that lasts forever.

    永遠に無くならない気体が入った

  • Well what is the implication of that?

    箱のようなものだということです

  • That implication was studied by Boltzmann back in the 19th century.

    だとしたらどうなるのか?

  • He said, well, entropy increases

    これついてはボルツマンが19世紀に研究しています

  • because there are many, many more ways

    彼は「低エントロピーより高エントロピーの方が

  • for the universe to be high entropy, rather than low entropy.

    多くのバリエーションがあるから

  • But that's a probabilistic statement.

    宇宙のエントロピーは増加する」と言いました

  • It will probably increase,

    でもこれは確率的な話です

  • and the probability is enormously huge.

    たぶん増加するだろうし

  • It's not something you have to worry about --

    その確率は非常に高いので

  • the air in this room all gathering over one part of the room and suffocating us.

    心配することではありません

  • It's very, very unlikely.

    会場の空気が1カ所に集まって私たちを窒息させるようなことは

  • Except if they locked the doors

    まずあり得ないことです

  • and kept us here literally forever,

    ただドアが閉鎖され

  • that would happen.

    永遠に出られないとしたら

  • Everything that is allowed,

    いずれ起こることです

  • every configuration that is allowed to be obtained by the molecules in this room,

    起こり得ることすべて

  • would eventually be obtained.

    会場内の分子の構造で可能なものすべてが

  • So Boltzmann says, look, you could start with a universe

    最終的には起こるのです

  • that was in thermal equilibrium.

    そこでボルツマンは「熱平衡である宇宙から始まったと

  • He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion of the universe.

    することもできる」と言いました

  • He thought that space and time were explained by Isaac Newton --

    彼はビッグバンや宇宙の膨張について知りませんでした

  • they were absolute; they just stuck there forever.

    空間と時間は ニュートンが説明した通り

  • So his idea of a natural universe

    不変で永遠だと思っていました

  • was one in which the air molecules were just spread out evenly everywhere --

    ですから彼は自然界では

  • the everything molecules.

    空気の分子があらゆる場所に均等に

  • But if you're Boltzmann, you know that if you wait long enough,

    広がっているのだと思っていました

  • the random fluctuations of those molecules

    でもボルツマンの見解では 待っていれば

  • will occasionally bring them

    いずれこれらの分子のランダムな揺動が