SF小説やテレビ番組で目にするテクノロジーは、実際どれほど非現実的なのだろうか？ 著名な物理学者ミチオ・カクが『物理の法則を破る「不可能」の科学』（2008年）で、光速を超えて航行する宇宙船や、異なる惑星へのテレポーテーションといった空想的な概念から、私たちが実際どれほど離れているのかを、興味深く検証する。
SFが現実になる日――その準備はできていますか？
今日のテクノロジーの多くは、かつてSFの中だけの空想的な発明品でした。19世紀のSF作家ジュール・ヴェルヌが、ファックス機械、世界規模の通信ネットワーク、月へのロケット船といった装置をすでに夢想していたのをご存知でしょうか？ 今日、私たちはこれらのテクノロジーを当然のものとして受け止めていますが、ヴェルヌの同時代人、それも最も著名な物理学者たちでさえ、それらを一笑に付し、不可能だと信じ込んでいたのです。
それほど古くないSF映画を観ても、そこに描かれたテクノロジーの一部、例えば点滅する電球がたくさんついた巨大なコンピューターなどは、今日では時代遅れに見えるかもしれません。まだ私たちは猫のスーツを着て銀河を旅したりはしていませんが、いくつかの点では、今日の科学はすでに過去のフィクションを凌駕しています。
では、今日不可能に思えるテクノロジーはどうでしょうか？ そのうちどれが、どのように未来で実現するのでしょうか？ 読み進めれば、その答えがわかります。
これから学べること
- なぜ、近い将来、超能力者でなくても恋人の心が読めるようになるのか
- 携帯型レーザー銃のためにお金を貯め始めるべきかどうか
- 光よりも速く移動するには何が必要か
フォースフィールドや透明マントのアイデアの背後には、本物の科学があります。
『スタートレック』で使われていたフォースフィールドを覚えていますか？ 宇宙船をロケットや敵の攻撃から守る、強力なエネルギー障壁。空想の産物に思えますよね？ 実は、フォースフィールドは古典物理学でも知られている概念なのです。
ご存知のように、多くの物体は、直接接触することなく、その周囲にある他の物体に影響を及ぼすことができます。例えば、磁石は、その周りの特定の磁場内にあるものを引き付けたり反発させたりします。19世紀に、マイケル・ファラデーというイギリスの科学者が、磁石を包む目に見えない領域や力線である「力の場（フォースフィールド）」という概念を考案しました。後に、この概念は地球の「重力場」など他の力も含むように拡張されました。
確かに、これらはSFでおなじみのフォースフィールドではありませんが、それらを創り出すのに役立つ可能性があります。ロケットをそらすフォースフィールドを開発することさえ可能かもしれません。
その方法はこうです。気体が極度の熱にさらされると、固体でも液体でも気体でもない、電荷を帯びた塊である「プラズマ」になります。このプラズマを磁場と電場で成形し、目に見えないシート、つまり「プラズマ窓」を作ることができます。この「フォースフィールド」は、「カーボンナノチューブ」の格子で補強することができます。カーボンナノチューブとは、炭素の薄いシートを巻いて作られたナノスケールの円筒で、鋼鉄よりも強く、ロケットをそらすことができるでしょう。
しかし、もし誰かの注意をそらしたい、例えば透明マントで、と思ったらどうでしょう？ これもまた、不可能ではありません！
私たちが物を見ることができるのは、物体が反射する光に依存しています。気体や液体で起こるように、反射されるよりも物質を「透過する」光が多いほど、その物質は見えにくくなります。しかし、物体が見えなくなる別の方法があります。2006年に、デューク大学の科学者たちは、光を反射するのではなく「偏向させる」小さな粒子を含む複合材料である「メタマテリアル」を開発しました。このような素材で包まれた物体は、事実上見えなくなります。
フェイザーやデス・スターは、スター・ウォーズの世界の外で存在するようになるかもしれません。
ギリシャの数学者アルキメデスから映画『スター・ウォーズ』に至るまで、私たちはレーザーや光線を武器として使うというアイデアに魅了されてきました。しかし、私たちがいつか携帯型フェイザー銃を発射したり、ジョージ・ルーカスのデス・スターのような惑星破壊力を利用したりできるようになると考えるのは、どれほど現実的なのでしょうか？
ナノテクノロジーの進歩により、携帯型レーザー銃はそう遠くない未来に実現可能になるかもしれません。実際、軍はすでにミサイル防衛システムにレーザーを使用しています。
しかし、複数回発射できるコンパクトなレーザー銃を製造するには、レーザー用の携帯可能な電源が必要であり、そこまではまだ到達していません。また、ナノテクノロジーによっていつの日か、機能するレーザー銃に十分なエネルギーを蓄えられる小型バッテリーを作れるようになるかもしれませんが、それだけのエネルギーに耐えられる安定した材料を見つける必要もあります。
ですから、あなたが生きている間に最初の携帯型レーザー銃を目撃できる幸運（あるいは不運）に恵まれるかもしれませんが、ありがたいことに、おそらく死ぬまで遭遇することはないであろうものが一つあります。それは、惑星を破壊するスーパーレーザーです。
そのようなスーパーレーザーに動力を供給する方法を見つけるまでには、何百万年もかかるかもしれませんが、それらは実際には物理法則に反しているわけではありません。
今日に至るまで、私たちはほとんど想像を絶するパワーを持つある種のビームを知っています。それが「ガンマ線バースト」です。ガンマ線バーストは、ブラックホールの誕生時に出現したと考えられる、銀河系外からの巨大な放射線の爆発です。
理論的には、ガンマ線バーストを予測し、特定の方向に向けるように操作することは可能ですが、それは何百万年も先の未来の話になるでしょう。
理論的には、テレポーテーションは現実の可能性ですが、人間をテレポートできるまでには長い時間がかかるでしょう。
交通渋滞に巻き込まれながら、自分の目的地へ「転送」されることを夢見た最後の時を覚えていますか？ 物質、エネルギー、または情報を、物理的空間を実際に移動させることなく、ある場所から別の場所へ転送するこの「テレポーテーション」のアイデアは、あなたが考えていたほど突飛なものではありません。
量子論によれば、テレポーテーションは常に自然発生しています。つまり、電子は絶えず「量子跳躍」を行っており、原子内で突然消えて別の場所に再び現れたり、さらには同時に多くの異なる場所に現れたりする可能性があるということです。つまり、理論的には、いつかあなたは会議、パーティー、あるいは火星へと、瞬時に移動できるようになるかもしれません。
また、「量子もつれ」と呼ばれる驚くべき現象もあります。これは、同期して振動する二つの電子を引き離したときに起こります。それらが文字通り何マイルも離れていても、一方の電子に何かをすると、もう一方の電子の状態が変化します。つまり、一方の情報が他方に伝達されるのです。
さらに興味深いことに、科学者たちはすでに物体のテレポーテーションに成功しています。物理学者たちは量子もつれを利用することで、光線と絡み合った何兆もの原子を長距離にわたって実際にテレポートさせました。
あまり知られていませんが、原子を「テレポート」するとき、実際にテレポートされているのは、そのスピンの仕方など、その「状態に関する情報」です。原子そのものが物理的に伝送されるわけではありません。ある意味で、物体を地点Aから地点Bにテレポートするには、テレポートされた情報に基づいて地点Bでそれを再構築する必要があるのです。
極低温では、ほとんどの原子がもつれ状態になるため、科学者たちは、既知の宇宙で最も冷たい物質の一つであるボース＝アインシュタイン凝縮体を用いて、ますます大きな物体のテレポーテーションを期待して実験を行っています。
しかし、人間のテレポーテーションにはもう少し時間がかかるでしょう。現在のところ、テレポーテーションは極限状態でしか起こりえないからです。また、人体のように複雑なものをテレポートするには、量子コンピューターの計算が必要になるかもしれませんが、その種のテクノロジーはまだかなり初期段階にあります。
読心術や念力で物体を動かすことが可能になるかもしれません。
人の心を読めたらと思わない人がいるでしょうか？ 一世紀以上にわたり、科学者たちは超能力者の主張を調査し、読心術や、念力（テレキネシス）のような他の「超感覚的知覚（ESP）」を可能にする技術的可能性を探ってきました。
人が心を読めるという確固たる証拠はありませんが、テクノロジーは脳活動の読み取りにおいて飛躍的な進歩を遂げています。しかし、脳から発せられる電気信号は非常に微弱なため、読み取ることができません。たとえアンテナを取り付けることができたとしても、信号を解読する方法がないのです。
現在では、MRI技術が科学者たちの人間の脳パターンの特定を支援しています。これまでに、彼らはこれらのパターンを人間の感情に翻訳できる「思考の辞書」の編纂をすでに進めています。
しかし、MRI技術は微小な磁場を読み取ることができる携帯型ガジェットの作成に近づきつつあるものの、人間の心が生み出す膨大な個々の思考を解読したり、人間の脳内の何千億ものニューロンをマッピングしたりするには、まだほど遠い状況です。
念力についてはどうでしょうか？ この現象の再現に我々が最も近づいたのは、「バイオフィードバック」と呼ばれるプロセスを通じてです。これは、脳波の電子的な伝達によってコンピューターと直接通信するものです。
現代のテクノロジーにより、埋め込みチップを使って脳波を読み取り、それをコマンドに変換することが可能になりました。これにより、麻痺のある人々がデバイスを制御するだけでなく、複雑なタスクを実行したり、ビデオゲームで遊んだりすることさえできるようになりました。
次の世紀までには、そのようなテクノロジーは、バイオフィードバックを通じてナノテクノロジーを制御し、今日では純粋な魔法のように思える方法でタスクを実行できる段階まで発展するかもしれません。
科学は、真に賢いロボットやコンピューターの開発にまだ苦戦しています。
『宇宙家族ジェットソン』のロージーから『ターミネーター』まで、私たちは何世代にもわたってロボットや人工知能というアイデアに魅了されてきました。しかし、現代のコンピューターは瞬く間に信じられないような計算を実行できますが、彼らができない非常に基本的なこともあります。
例えば、言語を話すことです。機械は記号を組み合わせて文法的に正しい文を形成するようにプログラムできますが、言葉の背後にある意味を理解することはできません。そして多くの理論家は、彼らがそれを理解できるようになることは決してないだろうと主張しています。これまでのところ、コンピューター科学者は機械に常識をプログラムすることに失敗しており、パターン認識もコンピューターでは貧弱なままです。
アイデア自体は実行可能に思えるかもしれません。常識のルールを特定し、それをコンピューターに与えられるアルゴリズムに変換するのです。例えば、「火は危険でありうる」といったルールが考えられます。
しかし問題は、そのようなルールが何百万と存在するということです。
その結果、数十年にわたるプログラミングでも、コンピューターに常識を与えることには成功していません。同様に、パターンを認識するように機械をプログラムすることもうまくいっていません。例えば、部屋の中を移動したいとします。障害物を認識し、それを回避する適切なルートを見つける必要があります。人間はこれを瞬時に行えますが、ロボットには線と曲線しか見えておらず、それらを理解するのが大幅に遅れています。
しかし、人工知能を創造するための新しいアプローチの一つは、動物や人間と同じように、ロボットが経験から学習することを可能にします。私たちが幼児のときは、常識についてのルールを暗記したりしません。むしろ、私たちの常識は経験から来ています。水に触れると、それが濡れていることがわかります。このようにして、私たちは試行錯誤しながら、つまずいたり壁にぶつかったりしながら、部屋の中の移動の仕方を学びます。
これからヒントを得て、MITのロドニー・ブルックス教授は、経験に基づいて歩くことを学習する昆虫のようなロボットを開発しました。これは非常にうまくいき、彼のロボットの一部は現在、NASAのために火星でデータを収集しています。
私たちはまだ地球外生命体を発見していませんが、科学者たちは探し続けています。
私たちは宇宙で唯一の知的生命体なのでしょうか？ 私たちは何世紀にもわたってこの問いを投げかけてきましたが、答えを見つけるのに近づいているのでしょうか？
科学者たちは確かに他の知的生命体を見つけるための一歩を踏み出しています。私たちの望遠鏡はより良くなり、それが映し出すものを解釈する能力も向上しています。それは、毎月2回、新しい太陽系外惑星が発見されているほどです。また、私たちが衛星を送り出し続けるにつれて、宇宙の他の場所で生命の兆候を見つける可能性は高まっています。
30年間、十分な証拠が得られないまま時間が経過しましたが、地球外知的生命体探査（SETI）プロジェクトの科学者たちは、星間信号を受信することを期待して、探査範囲を広げ続けています。科学はまた、居住可能な惑星の基準をますます多く見つけており、それによって最も有望な場所で生命を探査することが可能になっています。
私たちが知っていることの一つは、地球上の生命は水なしでは存在し得ないということであり、これは他の惑星の生命体にも当てはまるかもしれません。したがって、水の存在は、惑星が生命を維持できるかどうかを判断する重要な指標となってきました。
しかし、長年にわたって、惑星の居住可能性を示す他の要因も見つかっています。そのような要因の一つが大きな月の存在です。これは惑星の自転軸を安定させるために必要だからです。それがなければ、惑星は非常に不安定になり、極端な気象条件を引き起こし、居住不可能になる可能性があります。
また、惑星の銀河内に木星のような惑星が存在するかどうかを探すこともできます。これは、遊走する小惑星からその惑星を守るのに役立つからです。
しかし、努力にもかかわらず、私たちは地球外生命体の存在を示す証拠をほとんど持っていません。実際、UFO目撃情報の95％は、大気の異常などの自然現象、いたずら、または秘密の航空機プロジェクトの目撃として片付けることができます。
しかし、1976年にCIAが文書化したイラン上空でのUFO目撃情報のような残りの5％は、まだ説明がついていません。
宇宙技術は進歩していますが、依然として大きな課題が立ちはだかっています。
数十億年後には、太陽は膨張して地球を飲み込むでしょう。人類が生き残るためには、太陽系を脱出する方法を見つけ出す必要があります。では、どうすればそれができるのでしょうか？
それは、恒星船を宇宙の彼方に送り出すための適切な燃料源を見つけることから始まります。これは簡単なことではありませんが、科学ではすでにさまざまな選択肢が模索されています。
二つの可能性は、イオンエンジンとプラズマエンジンです。プラズマエンジンは、水素ガスを100万度まで加熱してプラズマにし、そのプラズマを強力なジェットとして放出します。同様に、イオンエンジンはイオンビームを噴射して宇宙船を推進します。NASAは1998年に、イオンエンジンを使って探査機「ディープ・スペース1号」に動力を供給しました。
宇宙船を推進するもう一つの方法は、太陽帆の利用かもしれません。これは、太陽光の弱いながらも一定の圧力を利用するものです。しかし、十分な大きさの恒星船の場合、帆は数百マイルに及ぶ必要があります。そして、そのような帆を作って宇宙に投入することは、残念ながら現在の技術では現実的ではありません。
次に、ラムジェット核融合ロケットがあります。水素ガス中で熱核反応を引き起こすことで、膨大なエネルギーを生み出すものです。これにより、恒星船は光速の77％で移動できる可能性があり、アンドロメダ銀河に到達するのに乗組員はわずか23年しかかからないことを意味します。問題の一つは、燃料を貯蔵するために必要なスペースが非常に大きいため、船は宇宙空間で建造する必要があるほど巨大になることです。しかし、NASAの優れた頭脳たちは、建設資材を宇宙に輸送するための「軌道エレベーター」の可能性をすでに調査しています。
もう一つの課題は、宇宙旅行をより危険性の低いものにすることです。まず、放射線から身を守る必要があります。地球の磁場と大気がなければ、私たちは致死レベルの放射線に無防備にさらされるからです。次に、無重力の問題があります。重力による絶え間ない引っ張りがなければ、私たちの筋肉は萎縮し、骨は劣化します。実際、宇宙で1年を過ごした後、宇宙飛行士は歩くことができないほど衰弱します。
アインシュタインは光速が人類の移動の限界だと述べましたが、彼は間違っているかもしれません。
アインシュタインは、光速が宇宙における究極の速度であると理論化しましたが、物理学者たちは彼の考えに二つの抜け穴がある可能性を発見しました。
一つ目は「空間の歪曲」です。空間を一枚の紙だと想像し、そのページの端から端まで移動したいとします。空間を歪曲させることは、紙の両端が合うように折り畳むようなものです。アインシュタインの方程式は、ある量の質量またはエネルギーが与えられれば、時空の歪みを計算できると述べています。しかし、「負の質量」や「負のエネルギー」を使って計算し始めると、光より速いという、アインシュタインに矛盾する結果を導き出すことができます。
負の質量と負のエネルギーの計算に取り組んだ科学者の一人が、物理学者ミゲル・アルクビエレです。彼は「アルクビエレ・ドライブ」を提案しましたが、その仕組みは次のようなものです。まず、宇宙船を包み込む時空の泡を作り出すのに十分な負のエネルギーが必要です。そして、その泡が地点Aから地点Bに移動するたびに、泡は前方の空間を圧縮し、後方の空間を拡張します。地点Aから地点Bへの非圧縮経路を通過する最高速度が光速である場合、経路が圧縮されれば、光より速く地点Bに到達できるということです。
では、この負のエネルギーをどうやって見つけるのでしょうか？ それは実験室で測定されていますが、これまでのところごく微量です。
アインシュタインの理論のもう一つの抜け穴は、宇宙空間のワームホールです。アインシュタインの理論は、時空上の二点間の近道、すなわち「ワームホール」を許容しています。これを利用できれば、そこを自由に行き来することで、計り知れない距離を横断できるかもしれません。
残念ながら、これを行うには膨大な量の負のエネルギーが必要になります。実際には木星サイズの量です。そして、それは1メートルのワームホールを開くのに十分なだけです。さらに、致死的な量の放射線にもさらされることになります。
タイムトラベルは課題があり、パラドックスを引き起こしますが、物理法則には違反しません。
タイムトラベルの概念は、魅惑的なSFを生み出してきました。そして、著名な物理学者スティーブン・ホーキングは、タイムトラベルをする人にまだ遭遇したことがないため、タイムトラベルの可能性に異議を唱えてきましたが、このアイデアには物理法則や量子論に違反するものは何もありません。
実際、人類はすでに未来へ旅したことがあります。ただし、ごくわずかな形ではありますが。
タイムトラベルはアインシュタインの特殊相対性理論に従います。それは、例えばロケットが速く移動すればするほど、その中の乗客にとって時間の経過が遅くなるというものです。ですから、十分な速さで宇宙空間を移動すれば、地球上の人々と「比較して」未来へ旅することができるのです。これは、ロシアの宇宙飛行士セルゲイ・アヴデエフのケースで、彼は地球を748日間周回し、0.02秒未来へ旅した世界記録を保持しています。
しかし、過去へ「戻る」ことはどうでしょうか？ これは途方もない課題を提起しますが、それでも可能です。アインシュタインの理論によれば、時間と空間は密接に関連しています。したがって、ワームホールが空間の二点を結ぶなら、それは時間の二点も結ぶことができます。光より速く移動するのと同様に、過去へタイムトラベルするには、ワームホールと、時空に開口部を作り出すための莫大な量の負のエネルギーが必要になります。
もちろん、タイムトラベルにはいくつかの厄介なパラドックスが伴います。例えば、過去へ行き、自分が生まれる前に両親を殺した場合、あなたは存在しないことになります。しかし、もしあなたが存在しなければ、生まれる前に両親を殺すために過去へ戻ることもできないので、あなたは生まれているはずです！ しかし、このパラドックスは、過去へ戻るたびに並行宇宙が出現すると仮定すれば解決されるかもしれません。つまり、あなたが来た過去は、あなたが旅する過去とは異なる過去ですが、見た目は同一であり、あなたの両親は、あなたが「実際に」生まれた両親と遺伝的に同一であるということです。
これらのテクノロジーのほとんどは、私たちの現在の知識の最先端にあり、仮にそれらを実現できる日が来れば、いくつかの基本的な物理法則を書き換える必要があるでしょう。
何世紀にもわたり、永久機関は発明家たちの夢でした。
レオナルド・ダ・ヴィンチとニコラ・テスラの両方が発明の聖杯と考えたものは何でしょう？ それは、消費するよりも多くのエネルギーを生み出すことができる装置、永久機関です。
人口が拡大するにつれて、私たちのエネルギー需要を満たすことは、今日の多くの科学者にとって極めて重要なテーマになりつつあります。しかし、私たちは永久機関を使ってエネルギー問題と闘えるかもしれません。
熱力学の法則は確かに、何かが消費する以上のエネルギーを生み出すことは不可能だと述べています。しかし、この法則には抜け穴があり、科学者たちは無から、あるいは真空からエネルギーを取り出す可能性を探求し続けています。ニコラ・テスラは、「ゼロ点エネルギー」として知られるものを用いてこの概念を実験しましたが、あまり成功しませんでした。
しかし今日、完全な真空に存在する「ダークエネルギー」のおかげで、この理論が再び浮上しています。地球を周回する衛星から分析されたデータは、私たちの宇宙の73％がこのダークエネルギーで構成されていると結論づけています。
ダークエネルギーの存在を証明する物理学者たちの実験にもかかわらず、彼らはこれまでのところ、このエネルギーを説明したり計算したりすることができていません。
さらに、このエネルギーを実際に利用することは全く別の問題です。これまで、地球上で見つかったのはごく微量で、永久機関に動力を供給するには程遠いものです。しかし、もしダークエネルギーを使ってそのような機械に動力を供給できれば、それは私たちの世界に想像を絶する変化を引き起こすでしょう。
私たちはすでにテクノロジーの限界を絶えず押し広げており、かつて不可能と考えられていたもの、例えばインターネットがすでに日常的に使われています。しかし、永久機関を作ることは、単に私たちの世界を変えるだけでなく、私たちが知る物理学の書き換えを必要とするでしょう。
物理学は、画期的な答えを見つけるまぎわにいるかもしれません。
アインシュタインは人生の後半を、一つの究極の目標を追い求めて過ごしました。それは「万物の理論」です。つまり、重力、電磁気力、弱い核力、強い核力といった宇宙のすべての基本的な力を説明できる、一つの統一理論です。この理論はすべての物理法則を包含し、宇宙の起源を説明することを可能にするでしょう。しかし、彼は成功しませんでした。
しかし今日、宇宙と量子物理学の継続的な探査のおかげで、私たちは万物の理論の開発にかつてないほど近づいています。
パズルのいくつかのピースはまだ欠けていますが、ビッグバンからわずか30万年後の放射線を測定できる放射線検出器を搭載した衛星などのテクノロジーの進歩は、私たちが宇宙の起源を明らかにすることに近づいていることを意味します。
これらの放射線検出器は、あまりにとらえどころがなく、かつては見つけることは不可能と考えられていたニュートリノ放射を追跡する方向へさえ進歩しています。これらを追跡することで、ビッグバンの「数秒後」まで迫ることができ、このすべての情報によって、検証可能な万物の理論にたどり着ける可能性があります。その検証可能な理論こそ、「ひも理論」かもしれません。
ひも理論は新しい概念ではありません。ニュートンの重力法則とアインシュタインの相対性理論を量子論に結びつけ、すべてを包括する一つの理論を考案することを目指して、1968年から研究されてきました。
ひも理論では、粒子は振動し相互作用する「ひも」としてモデル化できます。ある特定の振動状態は、重力子と呼ばれる量子力学の粒子に対応します。このようにして、ひも理論は重力の法則を量子論の法則に結びつけることができるのです。また、近年粒子加速器から出現した何百もの亜原子粒子も、これらはすべてひもの異なる振動に過ぎないため、説明することができます。
大型ハドロン衝突型加速器のチームは、超対称性粒子をすぐにでも発見したいと期待しています。これは、統一理論としてのひも理論を間接的に検証し、支持することになります。もしこれが実現すれば、物理学の世界において何が可能で何が不可能かという問いが、再び問われることになるでしょう。
最終的なまとめ
この本の中心となるメッセージ：
私たちのお気に入りのSF小説や映画の背後にある突飛な概念は、単に面白いだけではありません。それらは明日の可能性への窓として機能し、科学の世界では、いわゆる不可能性とは単に克服すべき課題に過ぎないことを私たちに思い出させてくれます。
さらに読み進めるのにおすすめの本：ミチオ・カク著『未来の物理学』
『未来の物理学』は、物理学、遺伝学、生物学、コンピューターサイエンスの最先端にいる専門家たちの研究や意見に基づいて、未来のテクノロジーに関する予測を展開します。著者は、これらの未来のテクノロジーを開発するために乗り越えなければならないいくつかのハードルと、それらが存在することで私たちの社会にどのような根本的な変化がもたらされることが予想されるかを探ります。
