ブラックホールを90度回転させたら

ブラックホールに関する映像を見ていて、奇妙な場面を発見した。黒い円を横切るように明るい光の帯が走り、その上にもう一つの曲線が盛り上がっていた。まるで二つの輪を直角に交差させたような姿だった。ブラックホールの周囲には降着円盤が形成されることがある。ブラックホールへと落ち込む物質が回転しながら作る円盤である。ところが、ブラックホールの強い重力は、その背後から出た光の経路までも曲げてしまう。そのため、円盤の向こう側がブラックホールの上や下に浮かび上がっているように見えることもある。

私が最初に不思議に思ったのは、その二つの曲線だった。どちらが実際の円盤で、どちらが光の経路が曲げられたことによって現れた像なのか。なぜ一方は横に広がり、もう一方は縦に盛り上がっているのか。観測する位置を変えたら、どのように見えるのだろうか。その姿を理解するために、ブラックホールを四つの異なる方向から眺めた画像を作ってみた。正面を0度とし、右90度、左90度、背面180度からの姿を並べた。

〈ブラックホール周辺の降着円盤と重力レンズ効果を、異なる観測方向から比較するために作成した概念図。〉

四枚の画像を比較しながら、初めは単純な事実を確認しようとした。実際の円盤は一つなのに、光が曲がるために複数の構造が重なって見えることがあるという事実だ。ところが、画像を詳しく見れば見るほど、別の疑問が生まれた。私たちはなぜ、横に広がる輪を正常な姿として受け入れ、縦に盛り上がる輪を奇妙に感じるのだろうか。円盤は必ず横向きに回転しなければならないのか。だとすれば、宇宙における横と縦は、何を基準に決まるのか。思考はここから別の方向へと流れていった。

地球には北極と南極がある。太陽にも自転軸がある。私たちはその軸を基準に赤道面を定め、北と南を区別する。回転する天体の自転軸は、実際に測定できる物理的な方向である。では、ある天体の自転軸が、別の天体に対して90度傾いていたらどうだろう。ビリヤードの球を考えてみた。回転しているビリヤードの球に別の球が衝突すると、回転軸が変わったり、回転方向が逆になったりすることがある。惑星も同じだ。反時計回りに自転していた惑星が猛烈な衝撃を受け、時計回りに回転し始めたと仮定してみよう。自転軸が180度反転したなら、軸が通る直線は最初と同じでも、回転方向は正反対になる。外から見れば、相変わらず同じ球体が同じ軸を中心に回っている。回転方向だけが逆になったのだ。では、その軸の両端を北極と南極と呼ぶ基準は何なのか。どちらが上で、どちらが下なのか。

自転軸は天体の物理的な状態を表すが、私たちがその軸の一方を上と呼ぶ行為には、観測者の基準が入り込む。天体がひっくり返ったという表現でさえ、何を基準にひっくり返ったのかを先に決めなければ成り立たない。私は以前から、この問題を奇妙に思っていた。宇宙には絶対的な上下がないという。地球に暮らし、上と下をあまりにも当然のものとして受け入れている人間には、直感的に理解しにくい言葉だ。そこで、一つの球体を想像した。

大きな中空の球体があり、その内部に何らかの生命体が暮らしている。球体の内部には、上下を決める外部の重力的な基準がない。生命体は自由に移動し、回転する。球体の外側に観測者がいれば、その生命体がどちらを向いているのかを見ることができるだろう。しかし、球体内部の生命体には、自分の姿勢を絶対的な上下と比較する方法がない。外部の観測者には逆さまにぶら下がっているように見えても、内部の生命体にとっては、逆さまという概念そのものが成り立たないかもしれない。

ここで私が考えている問題は、生命体の姿勢ではない。球体内部の生命体は、自分が属している球体の全体構造を知ることができるのか、ということだ。その生命体は内部を観察し、距離を測定し、光が移動する経路を計算できるだろう。十分な技術と時間があれば、自分が暮らす空間の幾何学的な性質も、かなりの部分まで解明できるだろう。それでも、自分が属する空間を外部から眺めるという経験は、依然として不可能かもしれない。これは、私たちが宇宙を観測している状況に似ている。

私たちは宇宙の中にいる。宇宙から届く光を観測し、天体の距離と運動を計算し、宇宙の歴史を推定する。しかし、宇宙全体を外部から見下ろした経験はない。宇宙背景放射の地図を初めて見たときも、似たようなことを考えた。その地図は、宇宙を外側から撮影した写真ではない。観測者に四方から届く宇宙背景放射を方向ごとに配置し、それを平面上に展開したものだ。私たちは楕円形の地図に上と下を定め、中央と端を区別する。

しかし、その地図で上側と表示された方向が、宇宙そのものの上側を意味するわけではない。私たちが見ているのは宇宙の外観ではなく、宇宙の中にいる観測者に届いた光の記録である。そのことを考えているうちに、以前から抱いていた疑問へと戻ってきた。宇宙に上下がないというのは、宇宙そのものの性質なのか。それとも、宇宙を認識する私たちの方法に関わる問題なのか。もちろん、この問いには異なる二つの問題が混ざっている。宇宙に絶対的な上下がないというのは、座標と方向に関する問題だ。宇宙の全体構造を私たちがどこまで知ることができるかというのは、観測と幾何学に関する問題である。二つの問題が必ず同じ答えを持つとは限らない。

私が知りたかったのは、二つ目の問題だった。私たちは三つの空間次元の中で暮らしている。前後、左右、上下に移動し、その三つの方向を使って物体の位置を表す。では、空間次元がもう一つ存在するとしたらどうだろう。二次元の球面でしか生きられない生命体を想像することができる。その生命体は自分の世界に沿って移動できるが、私たちが球体を眺めるように、球面全体を外側から見ることはできない。私たちは一つ上の次元の空間から、その球面を一つの物体として眺めることができる。

この考えを私たちの宇宙に当てはめると、何が起こるだろうか。私たちが経験する三次元空間が、より高次元の空間と関係しているとしたら、私たちはこれまで考えもしなかった方向から宇宙の構造を理解しなければならないかもしれない。もちろん、そのような追加の空間次元が実際に存在するかどうかは確認されていない。追加の次元が発見されたとしても、それが直ちに宇宙の外側や絶対的な上下を意味するわけではない。私はここで新しい宇宙論を主張しようとしているのではない。以前から私を捉えて離さなかった疑問は、もう少し単純なものだ。私たちが宇宙の全体構造を知らないとしたら、その理由は単に観測装置が不足しているからではなく、私たちが属する空間と観測可能な領域の限界にある可能性はないのだろうか。

この問いは、私が書いている『銀河滅亡辞典』の二つの設定につながる。一つは閉鎖系であり、もう一つは貯蔵空間である。小説の中で銀河文明は光子欠損を発見する。光が消えていくように見える現象だ。観測と計算を繰り返しても説明できない欠損が現れ、問題はエネルギーと物質の伝達過程へと広がっていく。文明はエネルギー保存則を簡単には放棄しない。消えたように見えるエネルギーが実際には消滅していないのなら、どこにあるのか。

この問いを追っていくと、すぐに閉鎖系の問題が現れる。閉鎖系とは、物質の出入りはないが、エネルギーの交換は可能な物理系である。物質もエネルギーも出入りしない系は孤立系という。ところが、ある系が閉じていると判断するには、まずその系の境界を知らなければならない。その境界の外に何があるのかわからないとしたら、私たちが完全な閉鎖系だと信じている領域が、実際にはより大きな物理系の一部である可能性を排除できるだろうか。ここで言葉の問題も生まれる。宇宙という言葉を、存在するすべてのものと定義するなら、宇宙の外側は定義上存在しない。何が発見されようと、それも宇宙に含めればよいからである。

しかし、その定義は、私たちが現在観測できる領域が存在のすべてであるという事実を証明してくれるわけではない。宇宙全体と観測可能な宇宙は、同じ言葉ではない。『銀河滅亡辞典』の〈閉鎖系〉は、まさにこの問題を扱っている。小説は宇宙に外側があると宣言しない。外側がないと証明することもしない。銀河文明が、自分たちの理解していた物理系の境界に疑問を抱くようになる過程を描いている。私はこの問題に確定的な答えを与えたくなかった。ひょっとすると、答えを知らないという事実こそが作品の出発点だからである。

貯蔵空間は、ここからさらに一歩進んだ小説上の仮定である。『銀河滅亡辞典』の最後の科学者は、既存の時空間とつながる新しい因果領域を作り出す。外部から観測される接続部分は小さいが、その内側の空間は入口の大きさだけでは説明できない。この空間は、宇宙のどこかに置かれた巨大な倉庫ではない。惑星の地下やブラックホールの裏側に隠しておいた部屋でもない。既存の時空間とつながっていながら、私たちが慣れ親しんだ空間の大きさや距離の概念では、すぐには理解しにくい領域である。

小説では、過去に欠損として記録されたエネルギーが、この貯蔵空間とつながっている。従来の銀河文明は、自分たちが観測できる領域からエネルギーが消えたと判断したが、より大きな物理系を考慮すれば、別の解釈が可能になる。これは検証された物理学的な装置ではなく、小説のために設定した時空間構造である。エネルギーの移動と蓄積がどのように行われるのかまで説明しようとすれば、作品の中で別の物理的条件を仮定しなければならない。ところが、この貯蔵空間について考えるたびに、私は以前から抱いていた疑問を思い出す。私たちは空間とは何なのか、どれほど知っているのだろうか。

目の前の入口が小さいからといって、その入口につながる空間も必ず小さくなければならないのか。私たちが測定する距離と体積は、私たちが到達できない別の領域でも、同じように成り立たなければならないのか。そして何より、私たちが観測できない領域を、存在しない領域と同じものとして扱ってよいのだろうか。物理学は、観測できないものを勝手に存在すると宣言する学問ではない。観測の限界を認めることと、その外側に何かがあると主張することは、まったく別のことである。私もその違いは理解している。

だからこそ、私はこの問題を小説の中で解決しなかった。閉鎖系が実際にはどこまでなのか、貯蔵空間が既存の宇宙とどのような関係にあるのか、その全体をどのような空間と呼ぶべきなのかについて、最終的な説明は残しておいた。小説の中の文明も、自分たちが発見した現象と、自分たちが理解している世界との隔たりを、最後まですべて解消することはできない。今日、ブラックホールの画像を四つの方向から眺めているうちに、昔からの考えを再び取り出すことになった。初めは、二つの曲線のうちどちらが実際の降着円盤の姿なのか、不思議に思っただけだった。その疑問は上下の基準へ、観測者の位置へ、宇宙の全体構造へとつながっていった。そして再び、閉鎖系と貯蔵空間へと戻ってきた。

ブラックホールの画像は、私が以前から考え続けてきた問題を新たに発見させたのではなく、その問題をもう一度考えるための具体的な出発点となってくれた。四枚の画像で観測方向を変えたからといって、実際のブラックホールの構造が変わるわけではない。変わるのは、観測者に見える姿である。では、私たちが宇宙と呼ぶ世界はどうだろうか。私たちが見る方向を変え、観測装置を発達させ、計算を精緻にしても、なお到達できない領域があるかもしれない。その領域が実際に存在するのか、私たちがいつかそれを知ることができるのかはわからない。

私が長い間考えてきたのは、宇宙に上下が存在するという主張ではない。私たちが宇宙の内側にいるという事実が、宇宙全体について何を知ることができ、何を知ることができないのかを決める条件なのかもしれない、という疑問である。ブラックホールを90度回転させて眺めることから始まった思考実験は、結局、その昔からの問いへと戻ってきた。