この記事は Project Syndicate との協力により掲載されています。
この疑問符の下の点は見えるでしょうか？数メートル離れたらどうでしょう？平均的な人間の目が識別できる最も細かいディテールは、1メートル先から見た句点（ピリオド）ほどの大きさです。これは「分解能」と呼ばれます。目のような光学系の最良の分解能は、観測する光の波長と、その光が通過する開口部の大きさの比によって大まかに与えられます。
天文学においても、分解能の仕組みはまったく同じです。これが、ますます大きな望遠鏡を建造する理由を説明しています。大型望遠鏡はより多くの光を集めることができ、したがってより遠くを見ることができるだけでなく、原理的には望遠鏡の開口部が大きいほど、画像もよりよくなるのです。
しかし現在 新たな研究 が、宇宙には根本的な分解能の限界があることを示唆しています。つまり、望遠鏡をどれほど大きく作っても、最も遠方の銀河を私たちが望むほど鮮明には見られないということです。
望遠鏡の問題
地球上で最大の可視光望遠鏡（例えば 超大型望遠鏡群 と ケック望遠鏡）は、直径およそ10メートルの鏡を備えています。さらに、直径30メートルから40メートルの望遠鏡（いわゆる Extremely Large Telescopes）の建設計画もあります。しかし問題があります。天体（ろうそく、街灯、星のいずれであっても）からの光は、発生源から検出されるまでの間に乱されると、口径をどれほど大きくしても、理論上の最大限の鮮明さの画像は決して得られません。
私たちは、光が私たちを欺くことがあることを知っています。プールの底を覗いたとき、タイルが揺れて踊っているように見えたことはありませんか？あるいは、コップの水にストローを入れると、空気と液体の境目で「折れて」見えたことはありませんか？宇宙から望遠鏡へ届く光は、乱れた大気を通過しなければならず、これが天文学者にとって問題を生じさせます。
完全に平行に並んだ海の波が海中の岩礁に出会うように、大気は波の伝播を乱します。 電磁波 （光）の場合、これは像をぼかす効果をもたらします。それを補正しない限り、望遠鏡の理論上の最大分解能には決して到達できません。大気の上の宇宙空間に望遠鏡を置くことは一つの解決策ですが、費用がかかります。「適応光学」は別の方法ですが、技術的に困難です。
量子の泡
この新たな研究は、 国際天文学連合総会 で今年発表され、量子物理学の奇妙な世界を用いて、空間の性質について予測を示しています。量子レベルでの時空の性質が、宇宙の一種の「根本的な分解能の限界」を生み出す可能性があると論じており、将来の望遠鏡が最も遠方の銀河をどれほど鮮明に見られるかについて懸念すべき理由があるかもしれないということです。
その仕組みは次のとおりです。量子力学によれば、プランクスケールと呼ばれる最も小さな尺度、約10⁻³⁵メートル（小数点の後に34個のゼロが続き、その後に1が現れる値です）では、空間は「泡立つ」と記述されます。その微小な尺度では、量子物理学は、宇宙が「仮想粒子」と呼ばれるもので沸き立っていると予測しており、それらは突然現れては直ちに互いに消滅します。これは素粒子物理学の実験で絶えず観測されている現象です。しかし、ごく短い瞬間ではあっても、それらの粒子はエネルギーを持ち、したがって有名な式E=mc2によれば質量も持ちます。
あらゆる質量は、どれほど小さくても時空を歪めると予測されています。これがアインシュタインによる重力の記述です。自然界でこの現象が最も劇的に現れる例は、大質量の銀河団による遠方銀河の 重力レンズ効果 です。光子（光の粒子）は、そのような泡立つ時空を通過する際、厚く乱れた私たちの大気を通過する光と同様に、こうしたゆらぎの影響を受けるでしょう。
もちろん、その効果はごくわずかで、ほぼ無視できるほどです。しかし、遠方の銀河から放たれた光子は、宇宙を横断する長い道のりを進まなければなりません。この旅路で、時空の泡立つ性質によって生じる無数の「位相のゆらぎ」が積み重なる可能性があります。現在の予測では、この効果は最良の望遠鏡で現在得られる最も精細な画像よりもさらに小さいとされています。しかし、理論が正しければ、この宇宙的なぼやけは、 次世代望遠鏡で撮影された遠方銀河の画像に現れる可能性があります。これには、ハッブルの後継機である ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（2018年打ち上げ予定）が含まれます。
しかし現在のところ、アインシュタインの重力の見方と量子力学を統合する理論は受け入れられていません。これは現代物理学の重要な目標の一つであるため、この予測は割り引いて受け止めるべきです。たとえ予測が正しくとも、その影響が本当に問題となるのは、最も遠方の銀河の詳細な構造を研究する天体物理学者のグループに限られるでしょう。
興味深いのは、地球上でも宇宙空間でも望遠鏡をどれほど大きくしても、量子過程に由来しつつ宇宙論的スケールで現れる、宇宙の根本的な自然の分解能の限界があり、その先は私たちが探査できないという示唆です。まるで宇宙の陰謀のように、自然の秘密のいくつかは永遠に隠されたままかもしれません。
掲載内容は、世界経済フォーラムが当該見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ジェームズ・ギーチ（James Geach）は、ロイヤル・ソサエティ大学研究フェローであり、ハートフォードシャー大学の天体物理学研究センター（CAR）に所属しています。
画像：銀河団 SDSS J1038+4849 は、日付不明の配布用画像に写っています。この画像はNASA/ESAのハッブル宇宙望遠鏡で撮影されたものです。REUTERS/NASA。
