無理！
その言葉が大講堂に響き渡った。私は大学院生の Dov Levine と私が発明した、新しいタイプの物質に対する革新的な概念の説明を終えたところでした.
カリフォルニア工科大学の講義室は、キャンパス内のあらゆる分野の科学者でいっぱいでした。議論は驚くほどうまくいった。しかし、群衆の最後の人たちが列をなしたちょうどそのとき、聞き慣れた、活気に満ちた声とその言葉が起こりました：「不可能！ 」
目を閉じていても、紛れもないニューヨーク訛りの独特の砂利のような声を認識できたはずです。私の前に立っていたのは、私の科学的アイドルであり、伝説的な物理学者であるリチャード ファインマンでした。肩までの長さの灰色の髪に衝撃を与え、特徴的な白いシャツを着て、無害な悪魔のような笑顔を浮かべていました。
ファインマンは、電磁気学の最初の量子論を開発した画期的な業績でノーベル賞を受賞していました。科学界では、彼はすでに 20 世紀で最も偉大な理論物理学者の 1 人と見なされていました。彼は最終的に、チャレンジャー スペース シャトルの事故の原因を特定するという極めて重要な役割を果たしたことと、彼の 2 冊のベストセラー本 ファインマンさん、冗談ですよね! 他の人が何を考えているか
彼は素晴らしく遊び心のあるユーモアのセンスがあり、手の込んだ悪ふざけで有名でした。しかし、科学に関して言えば、ファインマンは常に妥協することなく正直で残忍なまでに批判的だったため、科学セミナーでは特に恐ろしい存在でした。彼が頭の中で不正確または不正確な何かを聞いた瞬間に、発言者に割り込んで公然と異議を唱えることが予想できます。
そのため、私のプレゼンテーションが始まる直前にファインマンが講堂に入り、いつもの最前列の席に着いたとき、私はファインマンの存在を痛感していました。私はプレゼンテーションの間ずっと、目の隅から彼を注意深く見守り、爆発の可能性を待ちました。しかし、ファインマンは決して中断したり、異議を唱えたりしませんでした.
講演の後にファインマンが私に立ち向かうために前に出てきたという事実は、おそらく多くの科学者を石化させたであろうことでした.しかし、これは私たちの最初の出会いではありませんでした。私は約 10 年前にカリフォルニア工科大学の学部生だったとき、幸運にもファインマンと密接に仕事をすることができ、彼には賞賛と愛情しかありませんでした。ファインマンは、著書、講義、個人指導を通じて、私の人生を変えてくれました。
1970 年に新入生として初めてキャンパスに着いたとき、私の意図は生物学か数学を専攻することでした。私は高校時代、物理に特に興味を持ったことはありませんでした。しかし、カリフォルニア工科大学の学部生は全員、この科目を 2 年間履修する必要があることは知っていました。
私はすぐに、新入生の物理学がとてつもなく難しいことを発見しました。これは主に、教科書 The Feynman Lectures on Physics, Volume 1 のおかげです。 .この本は伝統的な教科書というより、ファインマンが 1960 年代に行った新入生の物理学の有名な一連の講義に基づく素晴らしいエッセイのコレクションでした。
私が今まで出会ったどの物理学の教科書とも異なり、The Feynman Lectures on Physics は 問題を解決する方法を説明することを気にしないため、困難な宿題を完了するのが難しく、時間がかかりました。しかし、エッセイが提供したのは、はるかに価値のあるものでした。それは、ファインマンの科学に対する当初の考え方に対する深い洞察です。 ファインマン講義は何世代にもわたって恩恵を受けてきました .私にとって、この経験はまったくの啓示でした。
数週間後、頭蓋骨がこじ開けられ、脳が再配線されたように感じました.私は物理学者のように考えるようになり、それが大好きになりました。同世代の他の多くの科学者と同様に、私はファインマンをヒーローとして採用したことを誇りに思いました。私は、生物学と数学に関する当初の学業計画を断念し、復讐のために物理学を追求することに決めました.
1年生のとき、勇気を出してセミナーの前にファインマンに挨拶したことを何度か覚えています。それ以上のことは、当時は想像もできなかったでしょう。しかし、3年生のとき、ルームメイトと私はどういうわけか神経を呼び起こし、彼のオフィスのドアをノックして、週に1回、私たちのような学部生と一緒に、私たちが尋ねる可能性のある質問に答える非公式のコースを教えることを検討するかどうか尋ねました. .すべてが非公式になるだろう、と私たちは彼に言った。宿題も、テストも、成績も、単位もありません。私たちは、彼が官僚主義に忍耐力のない偶像破壊者であることを知っており、構造の欠如が彼にアピールすることを望んでいました.
10年ほど前に、ファインマンは同様のクラスを行っていましたが、新入生のみを対象とし、年に1四半期のみでした.現在、私たちは彼に、同じことを 1 年間行い、すべての学部生、特に私たちのようなより高度な質問をする可能性が高い 3 年生と 4 年生が利用できるようにするように依頼していました。私たちは、新しいコースを彼の以前のコースと同じ「物理学 X」と呼ぶことを提案しました。これは、それが完全に本から外れていることを誰にでも明確にするためです.
ファインマンは少し考えて、驚いたことに、「はい!」と答えました。そのため、その後 2 年間、毎週、ルームメイトと私は何十人もの幸運な学生たちと一緒に、ディック ファインマンとの忘れられない忘れられない午後を過ごしました。
Physics X はいつも、彼が講義室に入り、誰か質問がないか尋ねることから始めました。ときどき、誰かがファインマンの専門分野について尋ねたがっていました。当然のことながら、それらの質問に対する彼の答えは見事でした。しかし、それ以外のケースでは、ファインマンがその問題について考えたことがないことは明らかでした。彼がトピックにどのように関与し、苦労しているかを初めて見る機会があったので、私はいつもそれらの瞬間が特に魅力的であると感じました.
彼が些細なことだと思うのではないかと心配していましたが、興味をそそられると思ったことを彼に尋ねたことを鮮明に覚えています。 「影は何色？」知りたかった
講義室の前を 1 分間行ったり来たりした後、ファインマンは元気よく質問に答えました。彼は、影の微妙なグラデーションとバリエーション、光の性質、色の知覚、月の影、月の地球照、月の形成などについて議論を始めました。などなど。私は魅了されました。
私の 4 年生のとき、ディックは一連の研究プロジェクトの指導者になることに同意してくれました。今、私は彼の問題への取り組み方をさらに間近で見ることができました。私はまた、彼の高い期待が満たされないときはいつでも、彼の鋭く批判的な舌を経験しました.彼は私の過ちを「クレイジー」、「バカ」、「ばかげている」、「バカ」などの言葉で指摘しました。
最初は厳しい言葉に刺さり、自分が理論物理学に属しているかどうか疑問に思いました。しかし、ディックが批判的なコメントを私ほど真剣に受け止めていないように見えたことに気付かずにはいられませんでした.次の一息で、彼はいつも私に別のアプローチを試すように勧め、進歩したら戻ってくるように誘いました.
ファインマンが私に教えてくれた最も重要なことの 1 つは、最もエキサイティングな科学的驚きのいくつかは日常の現象で発見できるということでした。時間をかけて物事を注意深く観察し、自分自身に良い質問をするだけです。彼はまた、多くの科学者がそうであるように、科学の特定の分野に特化させようとする外部からの圧力に屈する理由はないという私の信念に影響を与えました.ファインマンは、あなたの好奇心が導かれるのであれば、多様な分野を探求することは許容されるという例を示してくれました.
カリフォルニア工科大学での最終学期中の交換の 1 つは、特に印象的でした。私は、当時特に人気があったゴム状の超弾性ボールであるスーパーボールの挙動を予測するために開発した数学的スキームを説明していました.
スーパーボールはバウンドするたびに方向が変わるため、難しい問題でした。さまざまな角度に設定された一連の表面に沿ってスーパー ボールがどのように跳ね返るかを予測して、さらに複雑なレイヤーを追加したいと考えました。たとえば、床からテーブルの下側、斜めの面、そして壁に跳ね返る軌跡を計算しました。物理法則によれば、一見ランダムな動きは完全に予測可能でした。
私は自分の計算の 1 つをファインマンに見せました。スーパーボールを投げることができ、複雑な一連のバウンドの後、すぐに手元に戻ると予測しました。私が彼に紙を渡すと、彼は私の方程式を一瞥した.
"それ無理！"彼は言った.
不可能? 私はその言葉に唖然とした。それは彼にとって新しいものでした。私が時々期待するようになった「クレイジー」または「愚か」ではありません。
「なんで無理だと思うの？」私は緊張して尋ねました。
ファインマンは彼の懸念を指摘しました。私の公式によると、誰かが特定のスピンでスーパーボールを高所から放すと、ボールは跳ね返り、床に対して低い角度でほぼ横向きに転がります。
「そして、それは明らかに不可能です、ポール」と彼は言いました。
方程式を一瞥すると、実際、私の予測は、ボールが低い角度で跳ね返って離陸することを暗示していることがわかりました。しかし、直感に反しているように見えても、それが不可能だとは確信していませんでした.
私は今、押し返すのに十分な経験を積んでいます。 「よし、じゃあ」と私は言った。 「私はこれまでこの実験を試したことはありませんが、あなたのオフィスで試してみましょう。」
ポケットからスーパーボールを取り出すと、ファインマンは規定のスピンでスーパーボールを落とすのを見ました。案の定、ボールは私の方程式が予測した正確な方向に飛び立ち、床から低い角度で横にすくい上げました。まさにファインマンが不可能だと考えていた方法です。
一瞬で、彼は自分の間違いを推測しました。彼は、スピンがボールの弾道にどのように影響するかに影響を与える、スーパー ボールの表面の極端な粘着性を考慮していませんでした。
"なんてばかな！"ファインマンは、ときどき私を批判したときとまったく同じ口調で大声で言いました。
2 年間一緒に働いた後、私は長い間疑っていたことをついに確信しました:「愚かな」は、ファインマンが自分自身を含むすべての人に適用した表現にすぎず、エラーに注意を向けて、エラーが二度と起こらないようにする方法でした.
また、ファインマンが使用した「不可能」は、必ずしも「達成不可能」または「ばかげている」という意味ではないことも学びました。時々それは「うわー！これは、私たちが通常真実であると期待するものと矛盾する驚くべきものです。これは理解する価値があります!」
それから 11 年後、ファインマンが私の講義の後、遊び心のある笑顔で私に近づき、冗談めかして私の理論は「不可能だ!」と宣言しました。私は彼が何を意味するかを知っていたと確信していました。私の話の主題である「準結晶」として知られる物質の根本的に新しい形態は、彼が真実であると考えていた原則と矛盾していました。したがって、興味深く、理解する価値がありました。
ファインマンは、私がアイデアを実証するための実験をセットアップしたテーブルに近づきました。彼はそれを指差して、「もう一度見せて！」と要求した。
スイッチを押してデモンストレーションを開始すると、ファインマンは動かずに立っていました。彼は自分の目で、科学で最もよく知られている原則の 1 つに対する明らかな違反を目撃していました。それは彼がファインマン講義で説明したほど基本的なものでした .実際、原則はほぼ 200 年間、すべての若い科学者に教えられてきました。
しかし今、私はリチャード・ファインマンの前に立って、これらの長年のルールが間違っていると説明していました.
結晶は、原子の規則的な配列とピンポイントの回折パターンを備えた唯一の可能な形態ではありませんでした。準結晶と名付けられた独自の規則セットを備えた広大な新しい可能性の世界が今ありました.
新素材が通常の結晶とどのように違うのかを明確にするために名前を付けました。どちらの材料も、構造全体で繰り返される原子のグループで構成されています。
結晶内の原子のグループは、既知の 5 つのパターンと同じように一定の間隔で繰り返されます。ただし、準結晶では、異なるグループが異なる間隔で繰り返されます。私たちのインスピレーションは、ペンローズ タイリングとして知られる 2 次元パターンでした。これは、2 つの異なるタイプのタイルが不等間隔で繰り返される珍しいパターンです。数学者は、このようなパターンを準周期的と呼びます。したがって、私たちは理論上の発見を「準周期結晶」または「準結晶」と略して呼んだ.
ファインマンの私のちょっとしたデモンストレーションは、レーザーと準周期パターンの写真を使ったスライドを使って私の事例を証明するように設計されました.ファインマンが指示したように、私はレーザーをオンにし、ビームがスライドを通過して遠くの壁に当たるようにビームを向けました.レーザー光は、原子間のチャネルを通過する X 線と同じ効果を生み出しました。下の写真に示されているような回折パターンが作成されました。
ファインマンが壁のピンポイントの特徴的な雪の結晶のパターンをよく見ることができるように、頭上のライトを消しました.それは、ファインマンがこれまでに見た他の回折パターンとは異なりました。
私は講義中に行ったように、最も明るいスポットが同心円状の 10 個のリングを形成していることを彼に指摘しました。それは前代未聞でした。また、五角形を形成するピンポイントのグループも見られ、自然界では絶対に禁止されていると考えられていた対称性が明らかになりました。よく見ると、ピンポイントの間にさらに多くのスポットがあることがわかりました。そして、それらのスポットの間のスポット。まだまだたくさんのスポットがあります。
ファインマンは、スライドをもっとよく見るように頼みました。私はライトを元に戻し、ホルダーから取り外して彼に渡しました。スライド上の画像は非常に縮小されており、詳細を理解するのが困難でした。そのため、タイリング パターンの拡大図も彼に渡しました。彼はそれをレーザーの前のテーブルに置きました。
次の数分は沈黙の中で過ぎた。ファインマンが私が思いついた最新のコカマミーのアイデアに反応するのを待って、私は再び学生のように感じ始めました.彼はテーブルの上の拡大図をじっと見つめ、スライドをホルダーに再挿入し、レーザーのスイッチを自分でオンにしました。彼の目は、テーブルに印刷された拡大図の間を行ったり来たりし、壁のレーザー パターンまで行き、また拡大図に戻りました。
"不可能！"ファインマンは最後に言いました。私は同意してうなずき、微笑みました。それが彼の最大の賛辞の 1 つであることがわかっていたからです。
彼は頭を振りながら壁を見上げた。 「絶対無理！これは私が今まで見た中で最も素晴らしいものの 1 つです。」
そして、一言も言わずに、ディック・ファインマンは喜んで私を見て、悪魔のような大きな笑顔を見せました.
ポール J. スタインハートは、プリンストン大学の科学のアルバート アインシュタイン教授であり、物理学と天体物理学の両方の学部に所属しています。彼はプリンストン理論科学センターを共同設立し、指揮しています。彼は、初期宇宙と物質の新しい形態に関する研究に対して、ディラック メダルやその他の名誉ある賞を受賞しています。
差出人 不可能の第 2 種:物質の新しい形態の並外れた探求 ポール J. スタインハルト .著作権 © 2019 by Paul J. Steinhardt. Simon &Schuster, Inc. の許可を得て転載
この記事は、2019 年 1 月の「Context」号に初めて掲載されました。
