最近のＮＡＳＡ科学情報　惑星テラ見聞録

　国際宇宙ステーションの画板の物理学実験は、壮大な統一する「すべての理論」を求めるのを手助けすることができました。

　遅かれ早かれ、ニュートンの理論支配を崩壊させたようにアインシュタインの理論統治は、終わります。

　現実の私たちの概念を倒す基礎物理学の世界の激変は、現在不可避です。

　そして、後継者の王座を獲得する猛レースが繰り広げられています。

　大部分の科学者は、競争している少数の理論の間で進行中と思っています。

　進行中の理論は、11次元の宇宙のような幻覚性の考えです。

　一般的な「定数」である例えば重力の強さは、空間と時間を越えて変異して、アインシュタインが信じた現実の基本的な構成要素として目に見えない第5次元で、微小の振動している条件と静かでなくて連続的である空間と時間の構造に本当に固定し続けるだけです。

　しかし、個々では、ほとんど無いくらいに小さい規模の分割できない、かなりの量に分かれます。

　実験は、最終的に、どちらが成功するかについて決定します。

　（上記９行に関しては、相当に意味不明に近いので、英文を併記します。適宜意を汲んでください。）

In the running are such mind-bending ideas as an 11-dimensional universe, universal "constants" (such as the strength of gravity) that vary over space and time and only remain truly fixed in an unseen 5th dimension, infinitesimal vibrating strings as the fundamental constituents of reality, and a fabric of space and time that's not smooth and continuous, as Einstein believed, but divided into discrete, indivisible chunks of vanishingly small size. Experiment will ultimately determine which triumphs.

　これまでよりも正確にアインシュタインの相対性理論の予測を検証する実験のための新しい概念が、ＮＡＳＡのジェット推進研究所（JPL）で、科学者によって展開されています。

　科学者の任務は、巨大な研究所として効果的に私たちの太陽系を使って、競争する理論の分野を詰める手助けして、物理学で私たちに次の革命に対する1つの段階をさらに近づけるでしょう。

　宇宙の大きな分裂は、大部分の人々の心の重荷にならなかったかもしれませんけれど、長く宇宙に対する私たちの基本的な理解を悩ましました。

　現在、空間、時間、物質、エネルギーの自然現象および作用について説明する2つの方法として、アインシュタインの相対性理論および量子力学の「標準のモデル」が存在します。

　両方とも、とても成功しています。

　たとえば、全地球位置測定システム（GPS）は、相対性の理論なしで可能でありません。コンピュータ、遠距離通信と同時にインターネットは、量子力学の副産物です。

　しかし、2つの理論は異なる言語のようです。そして、それらの間で翻訳する確かな方法を、まだ誰も見つけていません。

　相対性理論は、時空と呼ばれている現実の4次元の動的で弾力的な構造に、空間と時間を結びつけることによって重力と運動を説明します。そして、それは曲げられて、それを含むエネルギーで歪みます。

　質量は、エネルギーの1つの形態ですので、それは時空をゆがめることによって重力をつくります。

　他方、量子力学は空間と時間が、粒子のいくつかの家族のドラマが展開する平らな不変の「舞台」を作ると仮定します。

　これらの粒子は、相対性理論が許さない何かで適時に前方と後方に動くことができます。そして、これらの粒子の間の相互作用は、重力の紛れも無い例外で自然現象の基本的な作用を説明します。

　これらの2つの理論の間の膠着状態は、10年続きました。

　大部分の科学者は、どうにか最終的には、二つを包含する統一理論が発展すると仮定します。

　そして、それらが各々含む真実が、現実の一つの網羅的な枠組みの範囲内で、適切にどうすれば適合ができるかについて示します。

　そのような「すべての理論」は、非常に宇宙の誕生、発展と最終的な運命に関しての私たちの知識に影響を及ぼします。

　JPLの科学者と彼の同僚は、国際宇宙ステーション（ISS）を使う方法と先例のない精度で相対性の理論をテストするために太陽の向こう側で旋回している2台のミニ人工衛星について考えました。

　彼らの概念は、それが相対性理論の欠点を明らかにすることができるほど、感度が高いです。

　このように、最初の確かなデータを提供することは、すべての競争する理論に関して、どちらが現実で一致するか、また、どちらが単に装飾的な机上の労作だけであるかを区別する必要があります。

　この実験は、相対性のレーザー宇宙距離実験(LATOR)と呼ばれて、太陽の重力が2台のミニ人工衛星によって発されるレーザー光線をどのように屈折させるかを見ます。

　それが光が通っている空間を曲げるので、重力は光の通り道を曲げます。

　この重力によって時空が歪むことを連想できる一般的な類似は、空間を太陽のような天体の重圧で伸びるゴムの普通のシーツと想像することです。

　太陽の近くを通り過ぎる物体は、シーツ中の落ち込みに添うように、例えば光の無質量粒子さえ僅かに屈折するでしょう。

　実際、アーサー・エディントン卿が最初にアインシュタインの一般相対性理論に関する理論をテストしたのは、1919年に日食の間に太陽が星明かりを曲げる測定でした。

　宇宙条件で、太陽の重力は、かなり弱いです。

　太陽の端をすれすれに通過する光の筋の通り道は、およそ1.75弧秒（弧秒は、1/3600度です）曲げられるだけです。

　エディントンは、彼の測定器材の精度の範囲内で、星明りがこの量で本当に曲がることを示しました。そして、内側に、事実上そうなる事象は、ニュートン理論を疑問視させました。

　LATORは、エディントンの実験した当時よりも10億倍以上の精度で測定できます。

　なお、現在の記録は３万倍の精度で、土星を探査する途中のカッシーニ宇宙船から信号を使った掘り出し物の測定値でした。

　LATORは、基礎物理学にとってとても重要な前進になるかもしれません。

　一般相対性理論をテストする際に、より多くの精度を強く求め続けなければなりません。

　ただ、どんな偏差でも有り得るので、この実験は、以前に認識されなかった新しい物理学を持つことを意味します。

　実験は、次のようにで働きます。

　およそ１メートル規模の2台の小さい人工衛星は、ざっと地球と同じ距離で太陽を回る軌道に打ち上げられます。

　ミニ衛星のこのペアは、地球よりもゆっくり旋回しますので、発射の後、およそ17ヵ月でミニ衛星は、地球と太陽の反対側上にあります。

　たとえ2台の人工衛星がおよそ500万km離れているとしても、地球から見た人工衛星間の角度はおよそ１度ととても小さいです。

　2台の人工衛星と地球は、一緒に細い三角形をつくります。

　太陽の側に沿って近くを通るレーザー光線が、それらのうちの1台によって放射されます。

　2台の人工衛星の間で、角度を測定に使う干渉計装置は、ISS上に搭載する計画です。干渉計は、光の筋を捕えて、結合する装置です。

　2台のミニ人工衛星からの光の波が各々によってどのように「妨げ」られるかを測ることで、干渉計による100億分の1弧秒又は、0.01μas（マイクロ弧秒）という並外れた精度で衛星の間の角度を測定することができます。

　LATORデザインの他の部分の精度を考慮した時に、一回の測定値に対してどれだけの重力曲がり角があるかを比較するのに、全体的な精度についておよそ0.02μasのレーザー光線を与えます。

　ISSを使うことは、理論の検証に数点の利点を与えます。

　一例として、この装置は大気圏の歪曲より上にあって、また、地上からはるかに離れたISSは、干渉計の2つのレンズを太陽電池板トラスの各々の端の上に1つ置かせるのに十分大きいです。そして、決定と成績の正確さを改善します。

　任務が既存の技術的な方法だけを必要とするので、科学者は、LATOR計画は2009年または2010年と同じくらい近い将来に打ち上げられる可能性があると考えています。

　したがって、物理学の中の手詰まりが壊れる前かもしれなくて、またあまり遠い未来でもないかもしれません。

　いずれにせよ、重力、空間と時間の新しい理論が、王座に座る可能性があります。