ポール J. スタインハルトは扇動者のようには見えません。彼のしなやかな眼鏡とボタンを留めた身のこなしで、彼は会計士のオフィスで場違いに見えませんでした.しかし、プリンストン理論科学センターの所長はアカデミックな扇動者であり、30 年以上前に彼自身が作成を支援した宇宙の幼年期に関する有力な理論を声高に批判しています。インフレーションと呼ばれるこの図によると、ビッグバンで宇宙が誕生した直後、空間自体が光速よりも速く膨張し、10 億分の 1 秒未満で 100,000 倍の大きさになりました。
しかし、いったん始まると、インフレーションを完全に止めることは難しいため、空間のポケットは、さまざまな特性を持つ新しい宇宙へと絶えず芽を出しているはずです。そのような多元宇宙では、起こりうることはどこかで起こり、それはスタインハルトにとって致命的な欠陥です。何も除外できない理論は科学的ではないと彼は主張します。彼は、私たちの宇宙が膨張期と収縮期の間を循環する別のシナリオを追求してきたため、ビッグバンは実際には大きな跳ね返りでした.他のほとんどの研究者はこのアプローチに懐疑的ですが、Steinhardt は思いとどまりません.
そして彼の別のスキームの探求は、宇宙論に限定されません。何十年もの間、彼は原子が結晶内で配置されるさまざまな方法を熟考しており、以前は不可能と考えられていた配置が実際に許可されていることを発見しました.近年、彼はロシア極東の荒野にまで足を踏み入れ、自然界で最も希少な配置を探しました。この遠征では、「シュタインハルタイト」と呼ばれるものを含む、科学にとって新しい鉱物が得られました。
未解決のパズルに対するスタインハルトの情熱と、過度に融通の利かない科学理論に対する彼の批判の両方が、私たちのビデオ インタビューで示されています。
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「ビッグバン」という用語は何を意味しますか?
インフレーション理論によると、初期の宇宙膨張はどのようなものでしたか?
宇宙が膨張した原因は何ですか？
あなたはインフレの批判者になりました。なんで？
私たちが偶発的な宇宙に住んでいるかもしれないと信じることは、なぜそれほど不安なのですか?
重力波の存在を支持する最近の発見についてどう思いますか?
あなたはインフレに代わる理論に取り組んできました。彼らは何ですか？
循環宇宙とは？
周期的な宇宙像に対する主な批判は何ですか?
宇宙の完全な歴史を知ることはできますか?
ヒッグス粒子は宇宙論と何の関係がありますか?
どうやって科学に入ったのですか？
ノーベル賞受賞者のリチャード・ファインマンについての話をいくつか教えていただけますか?
準結晶とは
準結晶にはあなたの名前が付けられています。どうしてこうなりました？
あなたのようなインフレーションの研究者は、どのようにして準結晶を研究するようになったのですか?
もしあなたが科学者でなかったら、あなたは何になりたいですか?
インタビュー記録
「ビッグバン」という用語はどういう意味ですか?
物理学者がビッグバンについて話すとき、2 つのことを意味します。宇宙論者が通常意味するのは、宇宙はかつて熱く高密度であり、膨張と冷却を繰り返してきたという考えです。ですから、科学者ではない人が私たちにビッグバン理論を信じているかと尋ねるとき、それは通常私たちが話していることです.宇宙がかつて熱く高密度であり、膨張と冷却を繰り返してきたという証拠はありますか?その答えは、圧倒的な証拠があります。しかし、大衆が一般的にビッグバン理論について私たちに尋ねるとき、彼らは別の考えを念頭に置いています.彼らは、このビッグバン自体、ビッグバンの始まり、宇宙はかつて存在せず、突然無から何かへと飛び出したという考えを持っています。それがビッグバンです。物理学者にその考えに自信があるかと尋ねたら、答えはノーです。その瞬間にさかのぼると、何が起こったのかについてさまざまな考えがあります。人々は、前世紀に何が起こったのかという考えを持っていました。それは、今日の宇宙論における多くの議論の中心となっている主題です.
インフレーション理論によると、初期の宇宙膨張はどのようなものでしたか?
たとえば、あなたと私の間の空間が現時点でこの速度で伸びている場合、あなたは音波を送って私に話しかけようとしているか、光信号を送ることができます。私たちは非常に速く伸びているので、光が補わなければならないか、音が新しい距離を補わなければならない. [空間] が非常に速く作成され、[音波/光信号] があなたにも、あなたの信号も私にも届きません。私たちはお互いを見失い、お互いのコミュニケーションを失います。インフレについて話しているとき、それは私たちが話している種類の拡大です。
いくつかの数字を挙げると、典型的な例では、宇宙が約10億分の1、10億分の1、10億分の1、10億分の1になったときにインフレーションが始まります およそ 10 億分の 1、10 億分の 1、10 億分の 1、10 億分の 1 秒ごとにサイズが 2 倍になります。つまり、サイズが 2 倍になるか、体積が 8 倍になるということです。私たちが宇宙を見回すとき、今日私たちが観察する空間よりも。私たちは宇宙の限られた部分しか見ません。それはそれよりもはるかに大きくなり、私たちは小さなパッチになります。私たちが観察するのは、かつて核よりも小さかったその空間の断片が、その時に爆発して膨張したことです.
宇宙の膨張の原因は?
何がインフレを引き起こしたのかはわかりません。ありますよね…過去30年間で、おそらく何百、何千もの論文があり、正確な場やエネルギーの正確な形について、さまざまな提案をしている人々がいます。反発し、それらはすべてこの加速効果を生み出さなければなりませんが、それらの正確なアイデンティティに関しては、元のアイデアのような量子場を含むいくつかの異なるアイデアがたくさんあります。そのうちのいくつかは、余分な次元の使用を伴います。ひも理論、量子ひも、または量子脳 (膜) からのアイデアを使用するものもあります。多くの、多くの異なるアイデア、そしてあなたがその時までにどれを選んでも… 今日私たちが宇宙で観察していることは、これらのアイデアのどれが正しいかを非常に鋭く区別するのに役立ちません.いくつかの可能性を排除することはできますが、非常に多くの可能性があり、さまざまなオプションがあります。
それらはすべて、何らかの形でインフレが終了する特性を持っている必要があります。そしてプロパティ… つまり、最初の例以来、この話について常に悩まされていることの1つは、このインフレを取得するプロパティであり、それを終わらせるには、モデルのある程度の調整または微調整が常に必要でした.知って、微調整。すべてのモデルには、パラメーター、係数、または機能と呼ばれるものがあり、必要なものを得るために微調整する必要があります。それらを正しく調整しないと、私たちが観察したものと矛盾する、望ましくないまったく異なるものが得られます.つまり、私がきれいな理論と呼ぶもの、このプロセスを自然に説明する理論はありません。それは、現時点での問題の 1 つであり、私たちが観察するものについて何か、自然な説明を見つけることです。そして、宇宙のより多くの特性を観察するにつれて、それはより厳しくなり、私たちのモデルに対するより厳しい制約になります.
あなたはインフレの批判者になりました。なぜですか?
私たちが発見したのは、それが可能であり、実際に可能であるということであり、最終的には、インフレが始まるとそれを回避することはほとんど困難であり、実際には永続的であることに気付きました。インフレはいくつかのパッチで終了する可能性がありますが、宇宙とそれが続く場所では、宇宙の大部分を占めるほど大量に爆発します。そして、それが終わるところにパッチを作り続けますが、膨張しているパッチは常にそれが終わる領域を追い越しています。 .
現在、それが終了したパッチは非常に大きく、私たちを収容するのに十分な大きさです。しかし問題は、量子物理学の影響により、これらのパッチがすべて同じではないことです。量子物理学の影響を適切に含めると、いくつかのパッチは私たちのようであるが、いくつかのパッチは私たちのようではないという状況につながります。実際、パッチからパッチへと目を向けると、考えられるすべての宇宙の結果が発生する可能性があり、私たちの結果が他のどの結果よりも可能性が高い理由は特にありません.ある意味で、私たちは偶然の宇宙で、この絵に住んでいるでしょう.私たちは宇宙をシンプルに、強制的に決定論的に説明しようとしていますが、代わりにこのインフレーション宇宙では、私たちがこのように宇宙に住んでいるのは偶然のように見えます。それは多くの大きく異なる特性を持つことができます。
私たちが偶然の宇宙に住んでいるかもしれないと信じることは、なぜそんなに不安なのですか?
まず第一に、宇宙は大規模では非常に単純であるという事実。複雑かもしれない何かを観察した場合、それが非常に単純であることが判明した場合、それがなぜそうなのかについて何らかの説明があるとあなたに叫んでいます.偶発的な宇宙の問題は、それがまったく説明できないことです。これは、考えられるあらゆる可能性を許容するという意味で、私たちが話している形の科学理論でさえありません。考えられるすべての可能性を認めれば、そのような概念を反証できるテストやテストの組み合わせは存在しません。好きならその考えを持つことは許されますが、それはもはや科学の領域ではありません。あなたはある種の形而上学または哲学であり、科学の領域の外にあります。
したがって、インフレーションの問題は、それが明確な予測と特性を持っているように見えるアイデアとして始まり、永遠のインフレーションである多元宇宙の発見により、特定のテストや組み合わせを持たないこの偶発的な宇宙の絵に移動したことです.それを反証できるテストの。それは非常に柔軟です — これは私たちが今話している柔軟性の 1 つの形態に過ぎず、他の形態の柔軟性もあります — しかし、この多元宇宙のおかげで非常に柔軟性があり、何も… あなたが言うだろう観察することは何もありません。ああ、それは多元宇宙で起こる可能性があります。それも起こる可能性があります」とあなたは知っています。あなたはただ続けることができます。理論が間違っている可能性があることを教えてくれるものは何もないでしょう.そして、私が言うように、そのようなアイデアは、過去 400 年間実践されてきた通常科学の領域外にあります。ですから、それは非常に… 一種の失敗モードだと思います。ご存知のように、通常、私たちは理論が失敗することに慣れています。理論が明確な予測を行い、観察に行くと、それが一致しないためです。それは私たちが通常理解している科学です。予測し、テストし、失敗します。これは違います。これはあなたが明確な予測をしたと思っていた理論であり、今あなたはそれがこの種の無限の道を持っていることを発見しました。
重力波の存在を支持する最近の発見についてどう思いますか?
何がその信号を引き起こしているのか確信が持てません。あなたが検出しようとしているのは、銀河の彼方の空の深部からの信号ですか?それは、私たちの銀河系内の塵によって引き起こされた信号であり、その塵から散乱する光をねじっているのでしょうか?これは、検出器に到達する光を絶えず変動させたり歪めたりしている大気によって引き起こされた信号ですか?地面で跳ね返って検出器に入り、そのように歪む光ですか、それとも検出器のレンズによって歪む光ですか?単一の周波数だけで調べなければならない情報源はたくさんあります。彼らがやろうとしていたことは非常に困難であり、私が言うにはできることではありませんでした.銀河？そして、それこそが、これまで人々が最も注目してきた問題です。
私たちの銀河系には、そこから散乱する光が偏光する性質を持つ塵があることを私たちは知っているからです。ほこりから。考えられるあらゆる方向に振動する電場でそこに向かってくる光の代わりに、光が散乱する特定のダスト粒子に応じて、いくつかの方向が他の方向よりも優先されます。 BICEP2 が測定しようとしていたのは、塵によるものではなく、初期宇宙で重力波によって引き起こされた光の偏光でした。しかし、彼らはそれを引き起こした原因を自分で区別することはできません.ほこり？それとも重力波？
現在、さまざまなグループが、彼らが行ったことを改善しようと試みており、最も [可能性が高い] ダストが大きな原因であり、おそらく彼らが見ている信号のすべてのソースであると結論付けています.現在、プランク衛星実験の結果を待っています。BICEP2 チームが測定した空の特定の領域の詳細な地図が示されるはずです。これらの重力波を見ました。 (関連するブログ投稿「重力波の興奮が崩壊する」を参照してください。これは、分極信号が重力波ではなく塵によって完全に説明できるというプランク チームの発見について報告しています。)
あなたはインフレに代わる理論に取り組んできました。彼らは何ですか？
ビッグバンから始めていなかったら？たぶん、それは空間と時間の始まりではありません。そしておそらく、私たちが強打と考えているものは、実際には跳ね返りです。既存の段階からの移行、つまり収縮と言って、拡大への跳ね返りです。突然、バウンスの前、バンの前にまったく新しい時間領域ができ、宇宙を自然に滑らかにして平らにするプロセスを導入することができます。
ですから、私が取り組んできた理論にはその性質があります。それらは強打を跳ね返りに変換し、収縮する宇宙で自動的に宇宙を平らにして滑らかにする傾向があるときに自然に発生するプロセスを導入します.そして、そこに量子物理学を追加します — これらのランダムな量子ゆらぎにより、空間の異なる領域が異なるタイミングで収縮します。物事を完全に同期させることはできません — 量子物理学はそれを許しません — そのため、収縮率のわずかな不均一性が変動につながり、跳ね返った後の温度と密度の変動が、目に見える変動を生み出します。電子レンジのバックグラウンドで。しかし、この収縮のプロセスは、非常に急速なインフレ拡大に比べて非常に穏やかでゆっくりであるため、大きな重力波、つまりインフレーションが発生する高振幅の重力波を生み出すような激しい影響は生じません。代わりに、はるかに弱く、観測するには弱すぎる重力波を生成します。
このより現実的で現代的なバージョンがあります。これは、何でも起こり得、完全に予測不可能な多元宇宙を生み出します。そして、跳ねる理論では、この特定の種類の重力波を見るべきではないという理論があります…この種の跳ねる理論では、これらの重力波を見るべきではありません。そして、それは私たちが現在知っているモデルの範囲であり、まだ見つかっていない他のモデルがあるかもしれません.
サイクリック ユニバースとは?
今説明したバウンス モデルは、1 回のバウンスについてのみ説明したものです。最新のバングを取り上げて、それがバウンスであると仮定すると…その場合、可能であり、説明する平滑化の可能性が開かれます。今日私たちが見ている滑らかさは、その跳ね返りの前の収縮期に生み出されたものです.
少し話を広げます。それが唯一の跳ね返りでしたか？一連のバウンスがあった可能性はありますか?一種のエピソード的または周期的な宇宙が存在した可能性はありますか?はい、それらはすべて自然な可能性です。それらは自然な可能性ですが、収縮の各期間中、およびその前の各期間中…[そして]そのような各バウンスでは、常にこの平滑化プロセス、この平坦化プロセスがあり、ある意味であなたが情報を消去したり、情報を以前のものから非常に薄く広げたりしているため、今日見ることができる宇宙にはその痕跡がほとんどありません.このプロセスの間接的な証拠を探す必要があります。
したがって、以前のサイクルの直接的な証拠は見られませんが、滑らかさと平坦さ、重力波の欠如、およびおそらくこの種のエピソード的または周期的な宇宙によって説明される他の特性の欠如を見るという事実に基づいて、それらが存在する可能性があると推測できます.理論的にその可能性が見えてきたら、質問をすることもできます。それはどのように始まったのですか?始まりはありましたか？多分。始まりがあり、その後、規則的なパターンに落ち着いた可能性があります。または、理論的に言える限り、それは過去に永遠に続き、未来に永遠に続いた可能性があります.つまり… 始まりの問題を回避する方法は、始まりがないということです。これは、過去も未来も永遠に、常にそこにありました。
サイクリック ユニバースの描写に対する主な批判は何ですか?
残っている 1 つの問題は、バウンス自体です。バウンスで正確に何が起こるか、バウンスを説明する物理学とそこには、人々が持っているいくつかの実用的なアイデアがあります.場合によっては、宇宙が一点に収縮し、その後逆転し、サイズがゼロになる前に、つまり量子重力の影響を心配する前に、すぐに膨張し始めるバウンスについて考える人もいます。それで、私たちは両方ともそのような例を作成しました。そして、[別の] がノーと言う例もあります。先に進み、量子重力が自然に跳ね返りにつながるかどうかを調査できるかどうかを見てみましょう.現在、これらのアイデアは両方とも開発中です。
私の見解はこうです。これが重要な問題です。この跳ね返りができるかどうかは、基礎物理学と宇宙論の重要な問題です。それは、量子重力の基礎物理学、宇宙論の問題に関連しています。平滑化は以前に行われた可能性がありますか?マルチバース問題を回避できるか?彼らは関連しています。ご存知のように、これらはすべて結びついており、21 世紀に突入するにあたり、私たちが注目すべき重要な問題だと思います。それが不可能であることを示すことができれば、多元宇宙に勝たなければならない、絶対に勝たなければならないので、これは私たちが注目すべき重要な問題です。それを制御します。可能であれば、インフレや多元宇宙よりもはるかに単純なアイデアだと思います.それは捨ててください。この跳ね返るアイデアは、宇宙を説明するためのはるかに簡単な方法だと思います...私たちが観察する単純な宇宙.
宇宙の全歴史を知ることはできるでしょうか?
この時点で宇宙の歴史を解明できると楽観視しています。なぜなら、私たちが宇宙について大規模に観察したのは、この途方もない単純さだからです。それが複雑で、複雑なソーセージ製造機から出てきたように見えた場合、あなたは言うでしょう、まあ、私はそれの一部しか観察できず、ソーセージの小さな断片しか見えていないという事実、それを作成したマシンを特定するのはかなり困難です。しかし、それは私たちが観察しているものではありません。私たちは、複雑なソーセージを観察しているわけではありません。統一された特徴のない並外れた象徴を観察しています。ここでは、大規模な宇宙を説明するための自由度はほとんどありません。
また、私たちの基礎物理学もまた真実です... 基礎物理学におけるヒッグスに関する最近の発見は、多くの理論家がそうあるべきだと考えていたよりも単純であることを示しています。というわけで…現時点では、大規模なスケールで見られる魅力的なシンプルさがあると言っています。小さなスケールで見られる魅力的なシンプルさがあります。これは楽観的で、非常に少ない、非常に少ない自由度の非常に単純な解決策を探すべきであり、それが非常に理にかなった説得力のあるモデルであることをすぐに認識することができます。観察したことを説明してください。
ヒッグス粒子と宇宙論との関係 ?
ラージ ハドロン コライダーがすべての粒子を高エネルギーまで見たと仮定すると、この分析から驚くべき結果が得られます。つまり、現在の宇宙は準安定状態にあるということです。宇宙で最も低いエネルギー状態にあるのではなく、実際には、最小になるものと比較して比較的高いエネルギーの状態にあります.それは大きなエネルギー障壁によってその最小値から隔てられているため、私たちは現在の状態にあり、すぐに低エネルギーの状態にジャンプしていません.しかし、最終的にこの図が正しければ、私たちは安定した状態にはなれません。最終的には、ある種の量子ゆらぎや熱ゆらぎが私たちを追い出し、現在の真空状態ではなくなるでしょう。
つまり、現在の真空状態では、真空が比較的小さくて正である宇宙にいる代わりに、真空中のエネルギーが今日のように、膨張を加速している宇宙にいる代わりに、 、ある時点で、宇宙が収縮し始める状態にジャンプします.
この種のアイデアは興味深いものです。なぜなら、私が説明したような周期的な宇宙では、これがまさにそうでなければならないからです。宇宙が循環する場合、現在の加速中の宇宙にとどまることはできず、最終的には加速を終了し、収縮段階に入る必要があります。ここにヒッグスがあり、おそらくそれがそうなるというヒントを私たちに提供しています。発生する可能性があります。次に、収縮すると跳ね返ると、ヒッグスが現在の真空に戻ることにつながることが判明した場合、現在は熱く膨張している宇宙で、膨張し、冷却し、銀河や星を形成するプロセスが始まる可能性がありますまた。
つまり、通常は宇宙論とは考えない大型ハドロン衝突型加速器でのこの微物理学の研究は、ヒッグスが存在するかどうかを確認できるかどうかを確認するために設計されたものであり、潜在的に可能であることが判明しました。宇宙論にとっては非常に興味深いことであり、素粒子物理学にとってはもっと興味深いことかもしれません。それは、宇宙の過去と未来について、私たちが夢にも思わなかった新しい可能性を示している可能性があるからです。
どのようにして科学に興味を持ちましたか?
私は幼児の頃からずっと科学者になりたいと思っていました。父はよく私に、彼は科学者ではなく、弁護士だったと言っていましたが、どういうわけか、科学者や科学の発見についての話をよくしてくれました。以前から知っていた。とてもスリリングで、何かの科学者になりたいといつも思っていました。そして、覚えている最初の本から、私の経験はすべて… 科学は常に私の人生の大きな部分を占めていました。ご存知のように、子供の頃、私は生物学実験室と望遠鏡の間に化学実験室を持っていて、そのようなことをして、できる限り多くの研究を行っていました。私ができる限り若くして研究に参加することを知っています。
その時点まで私がほとんど接していなかった分野は物理学でした。カリフォルニア工科大学の学部生になるまでは…高校で物理学を取りましたが、それらはかなり平凡なコースでしたが、最初は物理学が本当に面白いことに気づいたのは、私がカリフォルニア工科大学の学部生だったときで、最初の 1 年間は物理学を履修することを余儀なくされ、最初の 2 年間はその教授でした。リチャード・ファインマンを含むエキサイティングな人々と私は完全に納得しました。つまり、それが私がやりたかった科学でした。それから物理学のさまざまな分野を探求し始めました。なぜなら、物理学を始めたときは物理学についてあまり知らず、最後にたどり着いたのは宇宙論だったからです。先に述べたように、それは本当にポスドク時代であり、たまたま宇宙論のコースを受講したことがなかったアラン・グースの講義に足を踏み入れました。それ以来、私の研究生活の中で。
ノーベル賞受賞者のリチャード・ファインマンについての話を聞かせていただけますか?
私はファインマンと何度かやり取りをしました。私は彼と一緒に「Physics X」というコースを始めました。ルームメイトと私は彼に、「物理学 X」と呼ばれる「偽のコース」を喜んで教えてくれるかどうか尋ねました。そして、それは本当にスリル満点でした。文字通り、議論はマップ全体に及んでいたからです。それはあなたが知っていることだけではなく、あなたが尋ねることができる素粒子物理学についての明白なことでした.彼はその種の質問が特に好きではありませんでした。彼はあなたに何らかの現象、神秘的な現象を持ち込んでもらいたいと思っていました。ですから、それは私にとって非常に重要な影響力のある経験でした.
それから、彼と一緒に卒業論文のプロジェクトもやりました。それはまた別の経験であり、BICEP2 以来私の脳裏に戻ってきた科学についての私の考えを含め、私の考えに真の痕跡を残しました。多くの… BICEP2 は多くの興味深い議論をもたらしました… 科学者が議論する必要があるとは思わないでしょう — 科学の性質とは何か、科学が検証可能であるかどうかが重要であるかどうかというこの問題について。改ざんできるか、改ざんできないか。これらの問題は、ファインマンの頭の中では非常に明確であり、慣習的であると私は考えていました。 、ご存知のように、反証不可能な理論を持つことは、科学では問題ないかもしれません。私はそれが非常に奇妙で、実際にはかなり危険だと思います。
準結晶とは?
1980 年代に、私の学生と私は、原子と分子が結晶では不可能なパターンに組織化できる物質の形態が存在する可能性があるという仮説を立てていましたが、それらもランダムではありませんでした。実際、それらは結晶やパターンが行う対称性を持っていますが、結晶が持つことが許されていない対称性を持っています.
そのため、原子または原子のクラスターが定期的に繰り返される特定のパターンにブロックを組み立てるように、原子が自分自身を組織化できることは 200 年前から知られていました。それが水晶を水晶にするものです。そして、私がビルディングブロックからそのように物を作る場合、それは200年近く前から知られており、可能な特定の対称性しかありません.したがって、最近まで自然界で観察されたすべての結晶は、19 世紀に確立された 32 の対称性の可能性のうちの 1 つにしか一致しませんでした。その時点までに私たちが知っていたものはすべて、そのように生きていました。
しかし、私の学生である Dov Levine と私が示したのは、単一の繰り返し単位の考えから離れて、自分で 2 つの繰り返し単位を考えてみましょう。不可能だった対称性が突然可能になります。たとえば、結晶は 5 回対称性を持ついかなる種類の構造にも組織化できません。結晶には禁止されています—数学的には不可能です。しかし、私たちが考えていた準結晶と呼ばれるシステムは可能でした。実際、それらは整列し、サッカー ボールの対称性を備えた立体を形成することができました。その上に多くの五角形があり、5 回対称の非常に多くの異なる軸があることがわかります。そのような構造を得ることができました。私たちがこのアイデアに取り組んでいる間、Dan Shechtman が率いる National Bureau of Standards のグループがあり、さまざまなアルミニウム合金を調べていて、5 回対称の回折パターンを生成するものに偶然出会いました。これは結晶学の法則と矛盾していました。彼らはそれについて何の説明もありませんでしたが、あなたが知っているように、彼らは言いました。私たちはそれを理解していませんが、あなたが知っているように、ここに可能性があります.そして、彼らが得ているパターンは、私たちが仮説的に予測した種類のパターンと正確に一致していることが判明しました.このようにして、準結晶の発見が行われ、仮説のアイデアと実験のアイデアが実際に関連しているという認識が生まれ、2011 年にダン・シェクトマンは、その発見によりノーベル化学賞を受賞しました。 …今では最初の準結晶と呼んでいます。
準結晶にはあなたの名前が付けられています。どうしてそうなったのですか?
1984 年以降、最近まで発見されたすべての準結晶は、実験室で合成的に発見されました。それらは非常に繊細な物質であり、そのようにしか形成できませんでしたが、理論的推論に基づく私自身の考えでは、そうしなければならない理由はありませんでした。いくつかの準結晶はエネルギー的に安定しているかもしれません。 So I launched a search, a worldwide search to look for natural quasicrystals around 1998 and there’s a long story that goes with it, but about 10 years later we actually found a sample in a museum in Florence thanks to a mineralogist there, Luca Bindi, who helped us search. We found a sample of quasicrystal in a very complicated rock and there’s no question it was a quasicrystal so that could have been the end of the story, but what happened was that when we began to show this rock to geologists, or our results to geologists, they became very skeptical that it could possibly be natural. Not because it was a quasicrystal, but because it… of the particular chemistry of our quasicrystal. It had metallic aluminum in it and aluminum has a strong affinity for oxygen—so in nature, there’s lots of aluminum but there’s no metallic aluminum unless you go to as aluminum foundry. So they said this must come from an aluminum foundry, not from nature.
So that then launched a quest to try to figure out where this guy came from—where the sample from Florence came from—and over the next two years we eventually were able to show that it came from a very obscure region of far Eastern Russia, was found in the ground, was not formed in a foundry, and was actually part of a meteorite that fell there—probably about 10,000 years ago—and a meteorite that comes from the very beginning of the solar system, about 4 and a half billion years ago, so our quasicrystal’s about 4 and a half billion years old. And then I put together a geological expedition… I put together a geological expedition to go there to look for more samples, which we found, because we only had the one in the museum to begin with, and we found more and it not only had the quasicrystal but it had other new minerals that had never been seen before. And one of them is a mixture of aluminum, iron, and nickel and the team decided… so when you find a new mineral you have to write a paper explaining its properties and then you have to post a name for it and they did me the honor of calling it Steinhardtite. So that’s the Steinhardtite mineral. It’s one of the minerals found this meteorite that’s 4 and a half billion years old and that includes the first known natural quasicrystal.
How did an inflation researcher like you come to study quasicrystals?
I came to physics rather late, so when I decided I was interested in physics, I had to find out what area of physics I wanted to investigate. So what I decided to do was spend, you know, each of my undergraduate years exploring some area of science, physics rather, to decide which one I would want to choose, figuring at the end I would choose one. But what actually… I didn’t choose. Every one of those experiences led to some, you know, by some trajectory or another, to other projects that continued, almost all of them up to the present day, including spending a summer at Yale University studying, what was originally their structure of amorphous silicon—so silicon when you cool it rapidly will form a random network, and its properties have never been… were at that time and even today aren’t really fully understood, so I started on that project. That got me interested into thinking about what kind of structures, atoms, and molecules can form. Do they have to really conform to the rules of crystallography? And then again like most of you know these stories, there’s a long circuitous story—trying different things, failing, eventually led to the idea of quasicrystals.
I’m always looking around for good problems to work on so I don’t have any rules about what problems I work on, I have to… but I need an idea. So I’m always listening, to lots of different areas of science in hopes that I’ll find a good puzzle.
What would you be if you weren’t a scientist?
うーん。 That’s tough because really, that’s the only thing I’ve been thinking about. What would I be doing if I were not a scientist? Well I’d probably be teaching something about science. Yeah, I wouldn’t be a scientist but I’d probably be a teacher of some sort. At least I could… you know, I enjoy learning about it as well as doing research in it. But it’s hard for me to believe that I wouldn’t be doing research in it—at least tinkering on my own.
Maggie McKee is a freelance science writer focusing mainly on astronomy and physics. Previously an editor at New Scientist and Astronomy, she lives near Boston with her husband.
