特異点定理

『ペンローズのねじれた四次元』(竹内薫)

1965年のことである。ペンローズは, 友人のイゴール・ロビンソンとロンドン市内を歩いていた。

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 とにかく, ペンローズは, ロビンソンと歩きながら数学の話をしていた。そして, 横断歩道を渡っている最中, その会話が, しばし途切れた。その瞬間, 電撃的にペンローズの脳に何かが閃いた。

 だが, その閃きが何であるかを冷静に分析する前に, 二人は横断歩道を渡り切ってしまい, ロビンソンとの会話が再開した。ペンローズも, それ以上は閃きを追求せずに, ロビンソンとの話題に戻ってしまった。

 それきり, その日は, 何事もなく時が過ぎていったが, 夜になって独りになると, ペンローズは横断歩道での閃きを思い出した。その閃きこそが, 「特異点定理」の証明だったのだ。

沈黙がブラックホール内部の奇妙な数学を解き明かす

 (機械翻訳)

理論物理学者ロジャー・ペンローズは、宇宙観を根底から覆すようなひらめきを一瞬のうちに得た、と伝記作家のパッチェン・バースは記している。

1964年9月の爽やかな日、ロジャー・ペンローズは旧友の訪問を受けた。イギリスの宇宙論学者アイヴァー・ロビンソンは、生活と研究拠点としていたテキサス州ダラスからイギリスに戻ってきていた。二人は会うたびに会話が尽きることはなく、この日も話は途切れることなく、多岐に渡った。

二人はロンドンのバークベック・カレッジにあるペンローズのオフィス近くを歩いていた時、交通が途切れるのを待つため、歩道脇でしばし立ち止まった。散歩の合間に会話が途切れたため、二人は静かに道路を渡った。

その瞬間、ペンローズの思考はさまよった。宇宙の真空を25億光年も旅し、渦巻くクエーサーの沸騰する塊へと至った。彼は、重力崩壊が銀河全体を中心へと引き寄せ、より深く、より近づけていく様子を想像した。まるで回転するフィギュアスケーターが腕を体に引き寄せるように、その塊は収縮するにつれてますます速く回転するだろう。

この一瞬のひらめきが、ある啓示へとつながった。そして56年後、その啓示によって彼はノーベル物理学賞を受賞することになる。

『The Impossible Man: Roger Penrose and the Cost of Genius』Patchen Barss

 (機械翻訳)

1964年の秋、ロジャーの旧友アイヴァー・ロビンソンが訪ねてきた。

アイヴァーはまだテキサスに住んでいた。二人は何ヶ月も会っていなかったが、アイヴァーは話したい新しい話や意見をたくさん持っていた。アイヴァーの饒舌さは物理学者の間では伝説的だった。

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食事を共にした後、二人はバークベック・カレッジ近くの歩道で、交通が途切れるのを待ちながら談笑した。二人が道路を渡り終えると、会話は途切れた。

その短い沈黙の中、ロジャーの意識は再び数十億光年先へと飛び、灼熱の塊C3 273へと向かった。彼はこれまで見たこともない光景を目にした。それは、形のない塵の雲、崩壊する銀河、あるいは銀河団として始まったのかもしれない。その起源は、次に起こることには関係なかった。重力崩壊が起こり、あらゆる物質が中心へと引き寄せられていった。まるで回転するフィギュアスケーターが腕を体に引き寄せるように、塊は収縮するにつれて回転速度を増していった。

縮小するにつれ、それは強烈な熱を生み出し、あらゆる波長の放射線があらゆる方向に放出された。小さくなり、速くなればなるほど、輝きは増していった。

しかし、それだけではなかった。ロジャーの想像力は、三次元ではなく四次元で働いていたのだ。密度が増すにつれ、空間と時間はますます歪んでいった。 彼は頭の中で黒板に描いた図や日記のスケッチをC3 273の図に重ね合わせ、 ハラトニコフが証明したと主張する点、つまりこの雲が再び爆発的に膨張し、減速・冷却しながら、 既知の物理法則に従い続ける点を 探し求めた。

しかし、そのような点は存在しなかった。彼はついに、崩壊が 妨げられることなく続き、事象の地平線が形成され、 重力が極度に集中し、 ロジャーがよく知っている、 時空に形を作り出す様子を悟った。それは彼がつい最近書いたばかりの形、つまり閉じた閉じ込められた表面だった。その中心部では、 時空が劇的に歪み、あらゆる方向が 互いに収束するだろう。事象の地平線のすぐ外側では、まだ生き残っている物質が激しく攪拌され、 銀河のすべての星よりも多くの光を放出し、 既知の宇宙の何物にも勝る力と速度で明るくなったり暗くなったりするだろう。その瞬間、彼はほとんど誰も信じられなかった光景を目にした。あらゆる光線、あらゆる空間ベクトル、さらには時間の矢さえもが一点に収束したのだ。すべてが静止し、密度と時空の曲率は無限大に達した。相対性理論は崩壊した。

それは単に可能なだけでなく、必然だった。

通りの向こう側に戻ると、ロジャーはアイヴァーとの会話を再開し、それまで考えていたことをたちまち忘れてしまった。二人は別れを告げ、ロジャーはオフィスのチョークの雲と山積みの書類の山へと戻った。

午後の残りの時間、ロジャーはいつもとは違う上機嫌で、不思議に思った。採点しなければならない書類があり、事務作業もこなさなければならず、家には家族の心配事が待っていた。

しかし、何かが違っていた。心が軽くなり、ワクワクした。

彼はその日の出来事を振り返り、この陽気さの源を探ろうとした。 彼の心は、あの静かな、道を渡っていた瞬間へと戻った。

すべてが鮮明に蘇ってきた。彼は特異点問題を解決したのだ。長年、彼自身も、そして世界も解き明かすことのできなかった重力崩壊を記述する一般的な解を見つけたのだ。

彼は黒板に数式を書き始め、検証し、修正し、整理した。議論はまだ粗削りだったが、すべてがうまくいった。ごく一般的な、満たしやすいエネルギー条件さえあれば、十分な大きさの質量は無限の密度に崩壊する可能性があるのだ。ロジャーはその瞬間、特異点が単なる理論上の奇妙な現象ではなく、宇宙に無数に存在するに違いないと確信した。

一日の終わり、彼は地下鉄を降り、スタンモア・パークを闊歩し、ジョーンと息子たちの横を通り過ぎ、落とし戸から降りて読書と思索を続けた。その後、彼は数日間、夜通し特異点定理の発展に没頭し、論文発表に向けて奔走した。