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物質には反物質があり、力には作用と反作用があるように、この世のすべてのものは、ほんのわずかな破れはあったとしても、対称性を持っています。ところが時間の進み方だけは対称ではなく、宇宙ができたときから現在まで、一方向だけに進んでいると考えられています。このことを「気持ち悪い」と感じている物理学者は少なからずいるようです。筆者もその一人です。
本当に時間は一方向だけなのか。宇宙は逆戻りしないのか。じつは時間も宇宙も、反復し、逆戻りしているのではないのか。一見、荒唐無稽なこの疑問を大真面目に検討してみることで、宇宙や時間についての新しい見方を呈示しようという狙いです。
量子重力理論研究の期待の新鋭にして、日本人としては最後の「ホーキングの弟子」ともいわれる著者が、量子論的な視点を突破口にして、「反復する時間」の可能性をわかりやすい言葉で探っていきます。

「ビッグバンから最新の宇宙論まで、一気に読める！」（村山 斉 氏 東大教授 絶賛！）
「生まれて間もない宇宙に響いていた宇宙交響楽。そこに刻み込まれた宇宙の歴史と成り立ちを探る研究の第一人者による渾身の一作

ビッグバンとは何か、ビッグバンの前には何があったのか、その謎の答えは、空の全方向から降ってくる「宇宙マイクロ波背景放射」の中にある。
そこに含まれたかすかな温度のゆらぎが、人工衛星により発見・解析されたことでビッグバンに鳴り響いていた宇宙の音、すなわち『宇宙交響楽』の解明が進み、宇宙の年齢や姿、そして運命までが今、明らかになってきた。

世紀の大発見
１９９２年、私が東京大学理学部物理学教室で宇宙理論研究室の助手をしていたときのことになる。４月のある日、研究室のボス、佐藤勝彦教授が手にファックスの出力を持ち、興奮した面持ちで部屋に飛び込んできた。「杉山君、ＣＯＢＥが温度ゆらぎを発見したらしいぞ！」　ファックスは、米国での記者発表を伝える現地特派員からのものだった。まだメールが一般には普及していなかった時代のことだ。なお、ＣＯＢＥは宇宙背景放射探査衛星の略称である。　このときの興奮は、今でも忘れることができない。佐藤先生の手からひったくるようにしてファックスを受け取り、さっそく目を通した。それは『ＣＯＢＥ差分マイクロ波放射計の１年目のマップに見られる構造』という少々ぶっきらぼうな題名の英文の論文だった。筆頭著者はジョージ・スムート。これこそ、私が大学院時代から、ずっと研究を続けてきた対象そのものが見つかったという報告だったのだ。　ＣＯＢＥの発表は、車イスの天才物理学者、スティーヴン・ホーキングが、「史上最大の発見か、少なくとも今世紀最大の発見」とコメントしたこともあり、世界を駆け巡るトップニュースとなった。　ＣＯＢＥとは、宇宙マイクロ波背景放射という、宇宙からやってきている電波を捉える目的で、１９８９年に打ち上げられたＮＡＳＡ（米国航空宇宙局）の人工衛星だ。宇宙マイクロ波背景放射は、宇宙がかつて熱かった時代、つまりビッグバンの時代の名残の電波である。
ＣＯＢＥが発見したものは、ビッグバンの時代の構造だったのだ。私自身が、大学院時代から一貫して研究してきたのは、ゆらぎの空間パターンが何を教えてくれるのかについてだった。この構造を調べれば、ビッグバンより以前、宇宙の始まりに、どのようにゆらぎが生み出されたのかについても明らかになるかもしれない。（略）。私自身、当時、世界に10名ほどしかいなかった専門家の一人として、すぐにもこの結果を、自分自身の理論計算と比較し、世界に向けて発表しなくては、と焦る気持ちを抑えきれなかった。
（まえがき）

―――
見えている世界は、世界そのものではない。
　　　　　　――では、量子が織りなす「本当の世界」とは？

量子論が “直感的に” 理解できる！
量子がわかれば、見える世界が変わってくる！
―――


「量子は、粒子なのか波なのか」――長らく続いていたこの論争は、
「量子は、粒子でも波でもない何かである」という予想外の結論に至りました。
直感では理解しがたくても、この世界、この宇宙はすべて量子でできています。
行列力学、波動力学、経路積分……様々な方法を経て、
量子の世界が「見える」ようになるまで、
まっすぐに、けれども徹底的にやさしく、丁寧に解説。


・「存在すること」と「見えること」は同じではありません。
・光が量子でなければ、夜空の星は見えません。
・電子が量子でなければ、この世に「色」はありません。
・すべてが量子でなければ、私たちの体も地球も消え去ってしまいます。
……これらはすべて、現代物理学が示す「紛れもない事実」です。


■おもな内容
第１章 「古典」の世界観
第２章 量子の発見
第３章 光も電子も量子だからこそ
第４章 量子の世界へ
第５章 量子の群像
第６章 量子が織りなす物質世界
第７章 量子は時空を超えて
第８章 宇宙の計算機――量子コンピュータ

地球のほかにも、生命を宿す惑星はあるのだろうか？
そのような惑星をどうやって探せばいいのだろうか？
理論と観測の両面から、系外惑星と地球外生命の探査の最前線を解説する！

地球外生命を探す場所として真っ先に思い浮かべるのは、火星や土星の衛星ではないだろうか――いずれも地球と同じ太陽系内の天体だ。しかし、宇宙には生命を探すべき天体がもっとたくさん存在する。

1995年、初めて太陽系外の惑星が発見された（その偉業を成し遂げたマイヨール博士とケロー博士は、2019年にノーベル物理学賞を受賞）。それは、地球から約50光年離れたペガスス座51番星のまわりをたった4日で公転する巨大なガス惑星だった。その後、世界中の天文学者が太陽系外の惑星（系外惑星）を探し、発見を報告してきた。その数は4000個を超えている。

最初の1個だけでなく、これまでに見つかった系外惑星の多くが、太陽系のどの惑星とも似ていない。不思議な軌道で公転する惑星がたくさん見つかっている。とすると、太陽系は特別な存在なのだろうか？　また、どのような軌道を回る惑星であれば生命を育めるだろうか？

一部の系外惑星については、軌道だけでなく大気組成までも観測できるようになっている。そして、系外惑星の大気に生命活動の兆候を見つけようとする挑戦もはじまりつつある。「第二の地球」の発見は近い！

目次：
第 I 部　系外惑星探査小史――太陽系の理解から第二の地球の可能性まで
第1章　私たちのふるさと――天の川銀河、太陽系第三惑星、地球
第2章　最初の系外惑星が見つかるまで――挑戦、失敗、常識はずれの惑星
第3章　ケプラー計画がもたらした革命――画期的なアイデア、試練、膨大な発見
第 II 部　系外惑星探査の現在――探し方の進化と見えてきた世界
第4章　系外惑星の探し方――あの星に惑星はあるか？
第5章　系外惑星の多様性――事実はSFより奇なり
第6章　系外惑星が教えてくれたこと――太陽系は特別か？　地球は特別か？
第 III 部　第二の地球、発見前夜――ハビタブルプラネット探査とアストロバイオロジー
第7章　さらなる探査へ――第二の地球は見つかるか？
第8章　あの惑星はどんな世界なんだろう？――系外惑星大気の調べ方
第9章　系外惑星とアストロバイオロジー――宇宙に生命の兆候を探す

科学が捉えた「時間の本質」――時間は過去から未来へ流れて《いない》！？

時間の正体は、宇宙の起源につながっている。
時間とは何か？ 時は本当に過去から未来へ流れているのか？ 「時間が経つ」とはどういう現象なのか？
先人たちが思弁を巡らせてきた疑問の扉を、いま、物理学はついに開きつつある。
相対性理論、宇宙論、熱力学、量子論、さらには神経科学を見渡し、科学の視座から時間の正体に迫る。

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【本書「はじめに」より】
　「時間が経つ」あるいは「時が流れる」とは、どういうことだろうか？
　目の前に置かれた時計を見つめている自分を想像していただきたい。時計の針が、3時ちょうどを指しているのを見たとしよう。そのままじっと時計を見つめていると、秒針がゆっくりと一周し、長針がわずかに進んで、3時1分を指すのが見える。さらに見つめ続けると、やがて針は3時2分を、続いて3時3分を指す。
　時計を見ている人にとって、針がある時刻を指すのを目にする場合、その時刻だけがリアルな瞬間だと感じられる。針が3時2分を指しているならば、3時1分を指す光景は過去の記憶であり、3時3分を指すことは未来の予測である。どちらも、3時2分を示す時計を目の当たりにしている「いま」のようなリアリティは感じられない。時計を見つめ続けると、時計の針は、しだいに、その後の時刻へと動いていく。この状況を素朴に解釈すると、眼前の時計が示す「いま」の時刻が、後へ後へと移動していくことを表すようにも思われる。
　さて、ここで考えていただきたい。こうした「時の流れ」は、意識の外にある物理世界においても、客観的な出来事として起きているのだろうか？　言い換えれば、「時の流れ」は物理現象なのか――という問題である。

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【主な内容】
■はじめに――時の流れとは
《第I部　現在のない世界》
■第1章　時間はどこにあるのか
■第2章　過去・現在・未来の区分は確実か
■第3章　ウラシマ効果とは何か
《第II部　時間の謎を解明する》
■第4章　時間はなぜ向きを持つか
■第5章　「未来」は決定されているのか
■第6章　タイムパラドクスは起きるか
■第7章　時間はなぜ流れる（ように感じられる）のか

宇宙の外側に何があるのか？　私たちの住む宇宙の他に“別の宇宙”は存在するのか？　最先端の物理学がこの究極の問いに挑む！

「宇宙の果て」に科学はどこまで迫っているのか。　「ビッグバン」や「インフレーション」は本当にあったのか？　「ダークマター」「ダークエネルギー」とはいったい何なのか？　最新の宇宙物理学から見えてきた我々の住む宇宙の姿と、そこに残された大きな謎を詳細に解説する。

現代物理学の奇才＝ロジャー・ペンローズの宇宙観を、エキサイティングに解きほぐす――。相対論と量子論の“はざま”に生まれた鬼っ子「スピノール」。この奇妙な“物体”を無数に集めてネットワーク化すると、そこに「時空」が生まれる！？　宇宙の終わりに「次の宇宙」の始まりがある世界。相対論と量子論は、果たして「ねじれた四次元」で邂逅するのか。

時間と空間が融合した「時空」とは何か？　個別に分けて考えることができないのはなぜか？　「時空のゆがみ」こそが重力の本質であるとはどういうことか？　この宇宙に「絶対的」なものは唯一、光速度だけであり、時間と空間を含むその他すべてのものを「相対化」したアインシュタインの画期的アイデアが時空を生み出した！　おどろきとふしぎに満ちた時空の性質を一から解き明かし、相対性理論の「宇宙観」をゼロから理解する。

太陽の１００億倍もの質量を持つ巨大ブラックホールは、強力な重力で光さえ飲み込む一方で宇宙でいちばん明るく輝き、光速にちかい速さの「ジェット」を放出しています。２００年以上前に予言されながら、まだ誰も見たことのなかったブラックホールの姿が、最先端の天文学によって明らかになりつつあります。

今から138億年前、宇宙はビッグバンで生まれた。実は「138億年」の時の流れは、宇宙にとってはほんの一瞬だ。宇宙は、人類誕生までの138億年を序盤のごく一部として含み、この先少なくとも「10の100乗年」に及ぶ、想像を絶する未来を有する。そんな遠大な未来に、宇宙は「終わり」を迎えるのか？ 答えは本書にある。宇宙に流れる「10の100乗年」の時間を眺め、人類の時間感覚とは全く異なる壮大な視点に立つ。

一人の天才の独創が生んだ相対論に対し、量子論は多数の物理学者たちの努力によって構築されてきた。その精緻化のプロセスで、彼らを最も悩ませた奇妙な現象＝「量子もつれ」。因果律を破るようにみえる謎の量子状態は、どう理解されてきたのか。EPRパラドックス、隠れた変数、ベルの不等式……。当事者たちの論文や書簡、討論などを渉猟し、８年をかけて気鋭の科学ジャーナリストがリアルに再現した、物理学史上最大のドラマ。

2016年2月に大ニュースとなった重力波の初観測。それはいったいどんな意味をもつのか？　地球と太陽の間を「髪の毛の100万分の１」だけ伸び縮みさせるという小さな「時空のさざなみ」が、なぜ人類にとって偉大な進歩なのか？　人類の究極の疑問である「宇宙のはじまり」を解き明かす鍵といわれる重力波の本質を、日本の重力波研究をリードする著者がやさしく、濃く、解説！

夜空に瞬く恒星は、どれも小さな点にしか見えない。だがじつは、どいつもこいつもとんでもない！星とは思えぬ異様な姿、奇想天外なふるまい……はるか遠くの彼らの想像を絶する「生きざま」が、いま観測技術と天体物理学の進歩によって、少しずつ明らかになってきている。恒星研究のプロフェッショナル厳選、10個のへんな星たちに驚き笑い呆れながら、星の物理を学べる本。

クェーサーの正体は、超大質量ブラックホールだった！？クェーサーはどのように生まれ、そしてどこに消えたのか？　クェーサーは太陽の1兆個分の明るさをもつ宇宙で一番明るく、そしてもっとも遠い天体だ。宇宙誕生後10億年頃に現れ、現在の宇宙ではほとんど観測されない多くの謎に包まれたクェーサーの正体とは？　最新の観測データからその実体に迫る。

銀河に秘められた宇宙進化のシナリオ！　宇宙誕生後まもなくして生まれた天体、それが銀河である。銀河の形成と進化の過程はまさに宇宙進化そのものの歴史だ。銀河の質量、大きさ、環境を知りつくすことからブラックホールやダークマター、ダークエネルギーといった目に見えない物体の正体が浮き彫りになる。宇宙の誕生と進化がわかる宇宙の教科書。

この宇宙にはまだ多くの謎が残されています。自然界に存在する４つの力のうち、３つまでは標準理論で説明できますが、４つ目の重力を素粒子物理的に理解することには成功していません。こうした問題を解決し、重力まで含めたすべての力を統一的に理解する可能性を秘めているのが、「超対称性」とよばれるまったく新しい対称性です。「なぜこの宇宙が存在するのか」という根源的な問いに答える究極の理論に迫ります。

インフレーションとビッグバンからはじまったこの宇宙はこれからどう進化していくのか。一般相対性理論と場の量子論に立脚した現代宇宙論は、わたしたちの想像をはるかに越えた宇宙の将来を予言する。宇宙のはじまりと終わりを結びつけて宇宙を再生しようとする、現代物理学の挑戦を分かりやすく解説。（ブルーバックス・2015年10月刊）

タブーではなくなった地球外生命。地球の外にも生命は存在するのか？　科学ではタブーとされてきたこの問いは、21世紀に入ってからの相次ぐ新発見によりいまや科学者が真剣に取り組むテーマとなった。宇宙に「地球」はたくさんあるとする天文学者、「生命」は地球だけの奇跡だという生物学者、各分野のトップランナーが最新成果をもとに地球外生命を考える「論点」を呈示する。（ブルーバックス・2012年6月刊）

宇宙で最大で最強の巨大な星の爆発、“宇宙のモンスター”ガンマ線バーストとはいったい何か？　数千億個の星からなる銀河よりも明るい大爆発は、どこで、どのように発生するのか？　長い論争の果てに下されたその結論に科学者たちが困惑した理由は一体？　ブラックホールとの関係、宇宙の歴史、生命大絶滅との関係……。宇宙物理学で今もっとも注目される現象をひもといていく。（ブルーバックス・2014年3月刊）

アメリカのアポロ計画が終了してから４０年余――その間、人類は月に行っていません。人々のあいだにはいつしか「いまさら月になど行く必要はない」という認識さえ広まってきています。しかし、それは月での優位を独占しようとするアメリカの広報戦略にはまっているにすぎません。じつは世界ではいま、アメリカ、中国、ロシアなどを中心に、月の探査・開発をめぐって激しい競争が水面下で始まっています。３０～４０年後には、月面基地が完成するともみられているのです。世界はなぜ月をめざすのか？　その答えが、本書にはあります。（ブルーバックス・2014年8月刊）

世界が注目する日の丸プロジェクト、その全貌を徹底解説。プロジェクトマネージャー國中均教授はじめ研究者たちが語る開発秘話、驚きのエピソード満載。目指すは太陽系と生命の起源を解く鍵を握るＣ型小惑星「1999 JU3」。地球から3億キロメートル離れた小惑星へ、往復６年にわたる宇宙の旅が始まる。「はやぶさ２」はいかに進化したのか、ベストセラー『小惑星探査機はやぶさの大冒険』著者渾身の科学ドキュメント！

地上400kmの宇宙に浮かぶサッカー場と同じサイズの巨大な駅（ステーション）。2010年に完成予定の国際宇宙ステーション（ISS）は、6名の宇宙飛行士が長期滞在しながら実験や観測ができる、人類初の巨大な宇宙実験施設です。日本人で初めて長期滞在する若田宇宙飛行士が、ISSの仕組み、宇宙飛行士の衣食住、訓練などを、自らの体験を通して興味深く語ります。（ブルーバックス・2009年2月刊）

ヒッグス粒子誕生の秘密が一から理解できる本。何もないはずの空間がざわめき、「無限のエネルギー」を生み出す──。光さえ存在しない真っ暗闇の「無の世界」で、無数の粒子たちが生成・消滅を繰り返していた！　「質量の起源」と「宇宙の進化」に不可欠な「真空のエネルギー」とは何か？　ヒッグス粒子誕生の秘密からカシミール効果まで、謎に満ちた空間のふしぎを、わかりやすく解き明かす。（ブルーバックス・2013年10月刊）

6550万年前、直径10～15kmの小惑星が、地表に対して約30度で、南南東の方向から地球に衝突した。衝突速度は秒速約20kmと推定されている。衝突地点周辺では時速1000kmを超える爆風が吹き、衝突の瞬間に発生する蒸気雲は1万度を超えた。この衝突によって引き起こされた地震はマグニチュード11以上と推定され、300mに達する津波が起こった。巻き上げられた塵が太陽光を遮り、「衝突の冬」が始まった。

アインシュタインの一般相対性理論が予言したおそるべき暗黒天体ブラックホールは、激しい論争の末にその実在が明らかになり、いまもなお人類に多くの難問を突きつけている。超巨大ブラックホールの形成、光り輝くガス円盤、噴出するジェットのすさまじいパワー、ホーキング放射による蒸発などを世界に先駆けシミュレーションで追究する著者が「絶対に誰にでもわかるように」と宣言して書いたブラックホール入門書の決定版！　（ブルーバックス・２０１１年６月刊）

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犯人は太陽。「生命の誕生」を可能にし、生きとし生けるものすべてに恵みを与える。──「母なる星」のイメージは、間違いだった！　１１年周期で増減する黒点が、苛烈な太陽を演出していた。コロナ質量放出、磁気嵐、高エネルギー粒子線……。絶え間なく繰り出される太陽の攻め手を、地球はどうしのいでいるのか？　（ブルーバックス・２０１１年８月刊）

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銀河は宇宙空間に一様に分布しているのではなく、密集しているところとまったく存在しないところが混ざりあって、所々に穴ぼこが開いたような格好をしている。宇宙はいったいなぜこのような構造になったのか。宇宙の誕生に手が届くくらい奥深く覗いてみると穴ぼこと思われていた空間に得体の知れない物質が……。宇宙の進化の行方を支配する暗黒物質の謎に迫る。（ブルーバックス・２０１１年５月刊）

【第30回講談社科学出版賞受賞作】ベストセラー『重力とは何か』の著者があなたの世界観を根底から覆します！　私たちは「どこ」に存在しているのか？　物質の基本は「点」ではなく「ひも」とする超弦理論によって、ニュートンの力学、アインシュタインの相対性理論に続く時空概念の「第三の革命」が始まった。現代物理学における究極のテーマ「重力理論と量子力学の統合」にはなぜ「ひも」が必要なのか？　「空間が九次元」とはどういうことか？　類のない平易な説明の先に待ち受ける「空間は幻想」という衝撃の結論！　（ブルーバックス2013年8月刊）

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「車イスのニュートン」が描く驚異の宇宙像。宇宙に始まりはあったのか？　宇宙に終わりはくるのか？　宇宙の特異点ブラックホールの本当の姿は？　そして、すべての鍵をにぎる「虚時間」とは？　（ブルーバックス・2005年7月刊）

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究極の理論「超ひも理論」を完全に理解する。強い力、電磁力、弱い力、重力。素粒子に働く四つの力を統一できる唯一の理論と考えられている「超ひも理論」を、わかりやすく解説した物理ファン待望の一冊。（ブルーバックス・2004年5月刊）

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ノーベル賞学者が明かすニュートリノの世界。ニュートリノの質量がゼロでないとしたら。宇宙が生まれた１秒後の世界から、大統一理論の再構築まで、スーパーカミオカンデの最新データから宇宙の実像に迫る。（ブルーバックス・2002年11月刊）

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全ての近代宇宙論は相対性理論から始まった。星の終末、ブラックホール、宇宙の端、宇宙の膨張……相対性理論が描き出す、驚異の宇宙像。アインシュタインの重力方程式を解いた著者の名著が、いま蘇る。（ブルーバックス・2003年11月刊）

宇宙の見方が変わる最新宇宙論。私たちは星のかけらからできています。では、その星たちは何からできているのでしょうか。宇宙のはじまりにどんどん近づきながら、ニュートリノの不思議な性質をさぐりながら、ヒッグス粒子やインフレーション、そして暗黒物質との関わりを解き明かし、宇宙はどうやってできたのか、どうして私たちがこの宇宙に生まれ、存在することができたのかを考えていきましょう。（ブルーバックス・２０１３年１月刊）

最新の理論と実験から迫る全く新しい宇宙観。宇宙の９０パーセント以上は得体の知れない暗黒物質と暗黒エネルギーからできている。その正体を探っていくと多くの次元と宇宙が見え隠れしているというのだ。急展開を見せる宇宙の最前線をふまえて「宇宙とは何か」を問い直す最新宇宙論入門。（ブルーバックス・２０１１年７月刊）