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ニュートリノの速度が光速を上回っているという衝撃の観測結果が、追試でも確認されたそうです。
これがすぐにどうこうという話ではなさそうですが、ついワクワクを禁じ得ません。
私は理系人間ではないと思いますが、科学の話は大好きで、講談社の科学叢書であるブルーバックスも100冊以上持っています。ジャンルは数学、物理学、天文学、生物学など多岐にわたっており、あまり無いのは化学や地学くらいでしょうか。数学で言えば無限論とか、物理学で言えば素粒子論とか量子力学とか、少々浮世離れしたような題材が好きなので、現実に密着した部分の多い化学や地学への興味が薄いということかもしれません。
もちろん地道にちゃんと勉強したわけではないので、理解の程度はブルーバックスレベルがせいぜいです。この叢書は、「ちょっと科学好き」程度の、まあ素人の読者を想定してやさしく書かれており、数式なども必要最小限にとどめられていますから、何冊読んだところでまさに一知半解というところです。それでも、今度のような新発見があったりすると胸が躍るくらいの感性は持てるようになりました。
ニュートリノというのは謎の多い素粒子で、普通の物質とはほとんど干渉せず、星の中でさえ楽々と通り抜けてしまいます。だからそもそも、検出することからして非常に困難です。理論的にはずっと以前から予言されていたものの、実際に検出されたのは1987年のことでした。富山県の神岡鉱山跡に作られたカミオカンデという施設で、2002年に小柴昌俊博士にノーベル賞が与えられたのはこの功績によるものです。
2004年には、ニュートリノに質量があることも確認されました。当初は、ニュートリノは質量を持たないのではないかとも言われていました。私が中学生くらいの頃の科学読み物には、疑問符付きとはいえそう書いてあったように記憶しています。質量を持たないので、光速で運動できるとも書いてありました。
物体はスピードが上がり光速に近づくと、質量がどんどん増えてゆきます。増えかたについてはローレンツ変換式という、中学生でも充分理解できるわかりやすい数式があります。それによると、光速と等しくなると質量は無限大になるので、質量のあるものは決して光速にはなれないというのが常識でした。
ニュートリノに質量がある「かもしれない」ということは実は1960年代から言われていたそうですが、もし質量があるのならニュートリノは光速では動けないことになるのではないかと私は考えたものです。それが確認されたので、きっとニュートリノは光速よりほんの少しだけ「遅い」スピードで飛び回っているのだろうと思いました。
それが、ほんの少しだけ「速い」とわかったのだから驚きです。
今回の観測結果は、ぎりぎり「誤差ではない」と結論できるくらいのもので、追試も精度を高めたとはいえ、同じ研究者たちが、同じ施設で、同じ方法を用いておこなったわけなので、まだ半信半疑の人が多いようです。特に時間の測定にGPSを使っているため、そちらに誤差があったのではないかと疑う人も居ます。
こんな大がかりで微妙な観測をおこなえる研究者や施設は、世界にもそんなには存在しないので、別の研究者が、別の施設で、別の方法を用いて追試するというのも難しいかもしれませんが、これはぜひやって貰いたいものです。
本当に光速より速いということになると、これは「タキオン」という種類の粒子になります。
タキオン──！
SFファンなら胸が熱くなるようなタームです。私はかつて「スタートレック」の原作本の一冊ではじめて知りました。その後ブルーバックスでも何度もお目にかかりました。
光速より速く動ける、いや正確に言うと、光速より遅くは動けない粒子のことをそう呼びます。
物体の速度は光速を超えられない、というのは、言うまでもなくアインシュタインの相対性理論に基づく原理ですが、その相対性理論が、別にタキオンの存在を禁じてはいない、と知った時はワクワクしたものです。
上記のローレンツ変換式は、m＝m0/√（1ーv2/c2）というもので、mは質量、m0は静止質量（つまり速度がゼロの時の質量）、vは速度、cは真空中の光速です。vとcが等しくなる（つまり光速になる）と、ルートの中が0になり、従って分母が0になるのでmは無限大（数学的に厳密に言えば不能解ですが、事実上は無限大と見なして良いでしょう）、だから物体は光速では動けない、という理屈は中学生でもわかりましたが、タキオンになると高校生レベルの知識が必要になります。
光速より速いわけですから、ルートの中がマイナスになります。つまり分母が虚数になります。
しかし、m0を虚数ということにしてやると、虚数分の虚数で、mのほうは実数になります。タキオンのm0、つまり静止質量が虚数であるとすれば、超光速の存在は許されることになります。
──静止質量が虚数？ そんなことがありうるのか？
とひっかかる人が多いし、私もしばらくは理解できなかったのですが、考えてみれば光速より速いということは、決して静止できないという意味であり、そうなれば静止質量が実数にならなくても構わないわけです。静止質量が虚数というのは、絶対に静止できないことの数学的表現と言っても良さそうです。
この場合でも、vがcに近づくと共にmの値は急上昇し、v＝cとなれば無限大となります。つまり、タキオンは光速より遅い速度では動けないことになり、普通の物体（ターディオンと呼ばれます）と同じく、光速を超えることはできないのでした。遅いほうからも、速いほうからも、光速という壁がでんと立ちはだかって、お互い行き来できないと考えると良いでしょう。
相対性理論で禁じられていないということは、まじめな議論の対象になりうるということでもあり、タキオンの存在についてはSFの中だけではなく学界でちゃんと検討されました。しかし、タキオンが存在すると仮定した時に起こるはずの現象が一向に確認されないため、研究者の興味も下火になり、最近ではほぼSFタームとして残るだけになっていたようです。
しかし、今やニュートリノがタキオンである可能性が強くなってきました。これがワクワクせずにおられましょうか。
（なおニュートリノの確認された質量というのは、もちろんローレンツ変換式で言えばmの値であり、m0ではありません。虚数の質量が検出されたわけではありませんのでお間違いなきよう）
今回の報を受けて、「アインシュタインは間違っていた！」とか、「相対性理論が書き換えられなければならない時が来た！」とか騒いでいる人たちも居ますが、上記の通り、相対性理論は超光速を禁じてはいませんので、そんなことにはなりません。今まで見つかっていなかったタキオンの実在が確認された、というだけのことに過ぎません。
ただ、光速が最高速であるという前提で構築されていたいくつかの理論は書き直さなければならないでしょう。
また、タキオンが存在するとすれば、理論的必然として、時間を逆行する可能性が出てきます。すぐさまタイムマシンが可能になるわけではありませんが、情報を過去に送る、あるいは未来から情報を受け取る、ということができるはずです。
さらに、宇宙を自由に飛び回ろうとすれば、光速でも遅すぎるのは確かです。隣の恒星まで4年もかかっていたのでは間尺に合いません。SFの世界では、タキオンが難しそうだということになってから、ワープが主流となりました。時間の無い世界を通って、いわば近道して目的地に行くのがワープですが、どうもタキオン以上に扱いづらそうな気もします。ことほどさように、宇宙もののSFでは超光速の移動方法が不可欠になっているわけです。
タキオンが見つかったからと言って、光子力推進すら実現していない現在では、それを移動方法に用いるなど夢のまた夢ではありますが、情報を送る手段くらいにはなりそうです。
つかまえることすら容易でないニュートリノを、情報を託せるほどに制御できるのだろうかとも思えますが、一旦理論が確立してしまえば、あとは技術の問題になりますから、いずれはクリアできる時が来るのではないでしょうか。
まずは他の研究者による追試が成功し、ニュートリノがタキオンであるという事実を確立していただきたいものだと思います。事実となれば、それに伴ってまたさまざまな魅惑的な理論が提唱されることになるに違いありません。門外漢ながら、私は胸をときめかせながら待っていたいと思っています。
（2011.11.19.）
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