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彼のはがきには、「急いで」という 2 つの単語だけが含まれていました。
33 歳の物理学者、ジョン アーチボルド ウィーラーは、弟のジョーからハガキを受け取ったとき、ロス アラモスにプルトニウムを供給していた原子炉の作業を行っていたワシントン州ハンフォードにいました。 1944年の夏の終わりのことでした。ジョーはイタリアで第二次世界大戦の最前線で戦っていました。彼は兄が何をしようとしているのかよくわかっていた。彼は、ホイーラーが 5 年前にデンマークの科学者ニールス ボーアと話し合い、核分裂の物理学を解明し、ウランや間もなく発見されるプルトニウムのような元素の不安定同位体が中性子を照射されると分裂することを示していたことを知っていました。継ぎ目を下って、想像を絶する原子エネルギーの蓄えを解放します。都市を平らにするのに十分です。戦争を終わらせるには十分です。
はがきが届いた後、ホイーラーはできる限り迅速に作業を進め、マンハッタン計画は翌年の夏に原爆の製造を完了しました。ニューメキシコ州のヨルナダ デル ムエルト砂漠で、物理学者たちは人類史上初の核爆発を起こし、1,000 フィートの砂漠の砂をガラスに変えました。プロジェクトの責任者である J. ロバート オッペンハイマーは、10 マイル離れたベース キャンプの安全な場所から見守り、バガヴァッド ギーター からヒンズー教の経典を静かに引用しました。 ：「今、私は世界の破壊者である死になりました。」ハンフォードでは、ホイーラーは別のことを考えていました。手遅れでなければいいのに。 彼は、フィレンツェ近くの丘の中腹で、狐穴に横たわっているジョーがすでに死んでいたことを知りませんでした.
ウィーラーがそのニュースを知ったとき、彼は打ちのめされました。彼は自分を責めた。 「原子爆弾計画が 1 年前に開始され、1 年前に原爆計画が開始されていれば 1500 万人の命が救われていたという結論から逃れることはできません。その中には私の兄弟のジョーも含まれていました」と彼は回想録に書いています。 「私が試みていれば、おそらく意思決定者に影響を与えることができたでしょう。」
時間。物理学者として、ホイーラーは常に、その神秘的な次元の性質を解明することに興味を持っていました.しかし今、ジョーの死後、それは個人的なものでした.
ホイーラーは残りの人生を時間との戦いに費やしました。彼が常に手元に置いていた彼の日記 (そして今日、フィラデルフィアのアメリカ哲学協会図書館のアーカイブに隠され、未公開である) は、取りつかれた思想家の驚くべき肖像画を明らかにし、彼の迫り来る死を常に認識しており、質問ではなくに答える時間との戦い 質問:「なぜ存在するのですか?」
「存在についての徹底的な説明を妨げるすべての障害の中で、『時間』ほど恐ろしく立ちはだかるものはありません」とホイーラーは書いています。 「時間を説明？存在を説明せずにはいられません。存在説明？時間を説明しないわけにはいきません。」
年月が経つにつれ、時間に関するホイーラーの日記はより頻繁かつ緊急になり、その行はより不安定になりました。あるエントリで、彼はデンマークの科学者で詩人の Piet Hein を引用しました:
「知りたい
この全体のショーは何ですか
すべてについてです
出る前に。」
幕が下りる前に、ホイーラーは時間に対する私たちの理解を、それ以前やそれ以降のどの思想家よりも急進的に変えました。この変化は、弟の記憶によって引き起こされ、後悔によって加速された革命でした。
ホイーラーが生まれる 6 年前の 1905 年に、アインシュタインは特殊相対性理論を定式化しました。彼は、時間はすべての場所で一定のペースで流れているわけではないことを発見しました。代わりに、観察者の動きに相対的です。速く行けば行くほど、時間は遅くなります。光のように速く進むことができれば、時間が止まって消えるのを見るでしょう。
しかし、アインシュタインの発見に続く数年間、量子力学の定式化により、物理学者は時間について反対の結論に達しました。量子システムは、波動関数と呼ばれる数学的な波によって記述されます。波動関数は、測定時に任意の状態でシステムを見つける確率をエンコードします。しかし、波動関数は静的ではありません。それは変わる。 時間とともに進化します .言い換えれば、時間は、アインシュタインに直接反抗して、絶対秒ごとに時を刻む外部時計である量子システムの外で定義されます。
ホイーラーが 1930 年代に初めて物理学の世界に登場したとき、2 つの理論が膠着状態にあり、時間の性質が空中に浮かんでいました。プリンストン大学で学業に専念するようになると、ホイーラーは穏やかな口調で信じられないほど礼儀正しく、きちんとプレスされたスーツとネクタイを身に着けていました。しかし、彼の保守的な態度の背後には、大胆不敵なラディカルな精神が隠されていました。図書館員の家族に育てられたホイーラーは、貪欲な読書家でした。一般相対性理論と量子力学の厄介な問題に取り組んでいた彼は、アインシュタインとボーアだけでなく、ヘンリー ジェイムズの小説やスペインの作家アントニオ マチャドの詩にも相談しました。彼は旅行の際、スーツケースにシソーラスを入れていました。
1940 年春、プリンストン大学での夜、ホイーラーが最初に思いついたのは、思ったほどではありませんでした。彼は陽電子について考えていました。陽電子は、電子の反粒子分身です。同じ質量、同じスピン、反対の電荷です。しかし、なぜそのような分身が存在しなければならないのでしょうか?アイデアが浮かんだとき、ホイーラーは生徒のリチャード・ファインマンに電話をかけ、「それらはすべて同じ粒子です!」と発表しました。
宇宙全体に孤立した電子が 1 つしかないことを想像してみてください。Wheeler 氏は、空間と時間を曲がりくねって進み、この単一の粒子が陽電子を含む無数の粒子の錯覚を起こすほど複雑な経路をたどっていると想像してください。陽電子は、ホイーラーが宣言したように、時間を遡って移動する単なる電子です。 (気さくなファインマンは、1965 年のノーベル物理学賞の受賞スピーチで、ウィーラーからそのアイデアを盗んだと述べました。)
1940 年代にマンハッタン計画に取り組んだ後、ホイーラーはプリンストンと理論物理学に戻ることを切望していました。それでも彼の帰りは遅れた。 1950 年、兄を救うために迅速に行動できなかったことにまだ悩まされていた彼は、ロスアラモスで物理学者のエドワード テラーと協力し、原子爆弾よりもさらに致命的な兵器である水素爆弾を開発しました。 1952 年 11 月 1 日、ホイーラーは S.S.カーティス 、太平洋のエルゲラブ島から約 35 マイル。彼は、米国が広島を破壊した爆弾の700倍のエネルギーで水爆を爆発させるのを見ました。テストが終わると、エルゲラブ島も終わりました。
ロス アラモスでの研究が完了すると、ホイーラーは「一般相対性理論と重力に恋に落ちました」。プリンストンに戻ると、アインシュタインの家のすぐそばで、彼は黒板の前に立って、このテーマについて教えられた最初のコースを教えました。一般相対性理論は、質量がどのように時空を歪め、私たちが重力と呼ぶ奇妙な幾何学になるかを説明しました。ホイーラーは、これらの形状がどれほど奇妙になるかを知りたがっていました。彼はその理論を限界まで推し進めていたので、時間を逆転させるような物体に魅了されました。それはアインシュタイン・ローゼン橋と呼ばれ、宇宙の近道を切り開く一種のトンネルであり、時空の遠い点を結び、一方の端に入り、もう一方の端から出ることで、光よりも速く移動したり、時間を遡ったりすることができます。 .言語を愛したホイーラーは、名前を付けることで、あいまいな数学の畳み込みに命を吹き込むことができることを知っていました。 1957 年、彼はこのゆがんだ現実にワームホールという名前を付けました。
彼が時空をさらに進むにつれて、彼は別の重力異常に遭遇しました。それは、質量が非常に密集しているため、重力が無限に強くなり、時空が無限に壊れた場所です。これも、彼は名前を付けました：ブラックホール。そこはまるで「時」が存在しないかのように、意味を失った場所だった。 「すべてのブラック ホールは時間の終わりをもたらします」とホイーラーは書いています。
私
1960 年代、ベトナム戦争がアメリカ文化の構造を引き裂いたとき、ホイーラーは一般相対性理論と量子力学の間の物理学の裂け目 (時間と呼ばれる裂け目) を修復するのに苦労しました。 1965 年のある日、ノースカロライナ州で乗り継ぎを待っていたとき、ホイーラーは同僚のブライス デウィットに、空港で数時間付き添ってくれるよう頼みました。端末で、ホイーラーとデウィットは波動関数の方程式を書き留めました。ホイーラーはこれをアインシュタイン-シュレーディンガー方程式と呼び、他の誰もが後にホイーラー-デウィット方程式と呼びました。 (DeWitt は最終的にそれを「あのいまいましい方程式」と呼んだ)
実験室で動き回る粒子のシステムを記述する波動関数の代わりに、Wheeler と DeWitt の波動関数は宇宙全体を記述しました。唯一の問題は、時計をどこに置くかでした。定義上、宇宙には外部がないため、彼らはそれを宇宙の外に置くことができませんでした。そのため、彼らの方程式は相対性理論と量子論の両方の長所を首尾よく組み合わせた一方で、進化できない宇宙、つまり、単一の永遠の瞬間に閉じ込められた凍った宇宙についても説明しました。
ウィーラーのワームホールに関する研究は、電子や陽電子のように、私たちも時間の矢を曲げたり壊したりできる可能性があることをすでに示していました。一方、ブラック ホールの物理学に関する彼の研究は、時間の深部は存在しないのではないかと疑うように彼を導きました。さて、ローリー国際空港で、あのいまいましい方程式は、時間が現実の基本的な要素であるはずがないというしつこい予感をホイーラーに残しました。アインシュタインが言ったように、それは頑固に執拗な幻想でなければなりませんでした.
ホイーラーは、存在のパズルの中心的な手がかり、つまり時間の鍵は量子測定であると確信していました。彼は、観測者が測定を行うとき、世界にすでに存在するものを測定していないという事実に、量子論の深遠な奇妙さがあることに気付きました。代わりに、彼の測定は、まさにそのことを実現させます.二重スリットとして知られている心を溶かす実験で何度も証明されたことを除いて、彼の正気の誰も信じなかったという奇妙な事実.それはホイーラーが頭から離れない実験でした.
実験では、単一光子がレーザーから 2 つの小さな平行スリットを備えたスクリーンに向けて発射され、反対側の写真乾板に着地し、そこで光のドットを残します。各光子はいずれかのスリットを 50/50 の確率で通過するため、これを何度も繰り返した後、プレート上に 2 つの大きな光の塊が見られると予想されます。一方はスリット A を通過した光子の山を示し、もう一方はスリットBを通過したパイルを示しています。そうではありません。代わりに、一連の黒と白の縞模様 (干渉パターン) が見えます。 「進行中のこの実際の実験を見ると、量子の挙動が鮮明になります」とホイーラーは書いています。 「コンセプトはシンプルですが、量子論の驚異的な奇妙さを際立たせています。」
不可能に聞こえるかもしれませんが、干渉パターンが意味することは 1 つだけです。つまり、各光子が両方のスリットを同時に通過したということです。光子がスクリーンに向かうとき、それは量子波動関数によって記述されます。画面では、波動関数が 2 つに分かれています。同じ光子の 2 つのバージョンが各スリットを通過し、反対側に現れると、波動関数が再結合しますが、部分的に位相がずれているだけです。波が整列する場所では、光が増幅され、プレート上に明るい光のストライプが生成されます。それらが同期していない場合、光はそれ自体を相殺して、闇の筋を残します。
しかし、スリットを通過する光子を捉えようとすると、事態はさらに奇妙になります。各スリットに検出器を配置し、実験を再度実行し、光子の後に光子を実行します。一点一点模様が浮かび上がります。ストライプではありません。プレートには 2 つの大きなブロブがあり、各スリットの反対側に 1 つずつあります。各光子は、一度に 1 つのパスのみを取りました。あたかも監視されていることを知っているかのように。
もちろん、光子は何も知りません。しかし、システムのどの特性を測定するかを選択することで、システムの状態を判断します。光子がどちらの経路をたどるかを尋ねなければ、両方をたどります。私たちの求める創造 パス .
同じアイデアをスケールアップできるだろうか、Wheeler は疑問に思った。存在の起源、ビッグバンと 138 億年の宇宙の歴史について尋ねると、創造できるでしょうか。 宇宙？ 「巨大な氷山の一角、世界の臍のような量子原理」とホイーラーは 1974 年 6 月 27 日の日記に走り書きしました。
ホイーラーは日誌の中で、「宇宙」を表す大文字の U の絵を描きました。巨大な目が左側の頂点にあり、文字の深淵を横切って右側の先端、つまり時間の起源を見つめています。 U の急降下を右から左にたどると、時間が進み、宇宙が大きくなります。星は形成されてから死に、炭素の灰を宇宙の空虚に吐き出します。空の片隅で、いくつかの炭素が岩石の惑星に着陸し、いくつかの原初のグーに融合し、成長し、進化して…目が！宇宙は観測者を作成し、今、量子測定の行為で、観測者は振り返って宇宙を作成します。ホイーラーは絵の下に「自励システムとしての宇宙」というキャプションを走り書きした。
この絵の問題点は、私たちの最も基本的な時間の理解と矛盾していることだとホイーラーは知っていました。電子が時間を逆行したり、ワームホールが時間の矢をかいくぐったりするのは 1 つのことでした。創造と因果関係について話すことは、まったく別のことでした。過去が現在に流れ、現在が好転して原因 過去?
「持っている 費用がどうであれ、これらの問題を解決するために」とホイーラーは日記に書いています。 「生きている人も死んでいる人も、[彼の妻] ジャネットと私の子供や孫たちに対する責任を果たせる場所は、ここしかありません。だったかもしれないがそうではなかった子供に。ジョーへ…」彼はTheの新聞の切り抜きを日記に貼り付けました。 デイリー テレグラフ .見出しは次のとおりです。「日が短くなりつつあります。」
1979 年、ホイーラーはメリーランド大学で講義を行い、大胆な新しい思考実験を提案しました。これは、時間に関する彼の考えの最も劇的な応用となる実験であり、遅延選択です。
ホイーラーは、通常の二重スリット実験を、光子がすでに通過した後に観察者がストライプとブロブのどちらを見たいかを決定できるようにアレンジできることに気付きました。画面を通して。可能な限り最後の瞬間に、彼は写真乾板を取り除くことを選択でき、2 つの小さな望遠鏡が現れます。1 つは左側のスリットに向けられ、もう 1 つは右側に向けられています。望遠鏡は、光子がどのスリットを通過したかを知ることができます。しかし、観察者がプレートをそのままにしておくと、干渉パターンが形成されます。オブザーバーの遅延選択により、光子が後に 1 つまたは 2 つの経路をたどったかどうかが決まります。 おそらく、すでにどちらかを実行しています。
ホイーラーにとって、これは単なる好奇心ではありませんでした。これは宇宙の存在の手がかりでした。それは、138 億年前のビッグバンで誕生した宇宙を 今< . 私たちによる .
ポイントを確認するには、遅延選択実験をスケールアップしてください. 10億光年離れたクエーサーから地球に向かう光を想像してみてください。巨大な銀河がクエーサーと地球の間にあり、レンズのような重力場で光の進路をそらしています。光は銀河の周りを曲がり、同じ確率で左または右に曲がり、思考実験のために、一度に単一の光子が地球に到着します。ここでも同様の選択を迫られます。干渉パターンが徐々に出現する光の到着点に写真乾板の中心を合わせるか、望遠鏡を銀河の左または右に向けて、光がどの経路をたどったかを確認することができます。 .私たちの選択は、光子が生きた2つの相互に排他的な歴史のどちらを決定します. 10億年前に旅を始めたという事実にもかかわらず、そのルート（または複数のルート）は今、開始から終了までを決定します .
聴衆の中で熱心に耳を傾けていたのは、キャロル・アレイという物理学者でした。路地はウィーラーをプリンストンで知り、物理学者のロバート・ヘンリー・ディッケのもとで学び、彼の研究グループは月面に鏡を置くというアイデアを思いついた.
ディッケと彼のチームは、月と地球の間の微妙な重力相互作用を調べることで、一般相対性理論を研究することに興味を持っていました。これには、月が軌道に沿って移動する際の月までの距離を非常に正確に測定する必要がありました。彼らは、月面に鏡を設置できれば、レーザーを反射させて、光が戻ってくるまでの時間を計ることができることに気付きました。路地は NASA プロジェクトの主任研究員になり、月に 3 つの鏡を手に入れました。最初のものは 1969 年にニール アームストロングによって設置されました。
今、路地がホイーラーの話を聞いていると、月から跳ね返るレーザー光を測定するために使用したのと同じ技術を使用して、実験室でホイーラーのビジョンを実現できるかもしれないことに気づきました。月の鏡から戻ってくる光信号は非常に弱かったため、路地と彼のチームは単一光子を測定する洗練された方法を開発しました。
1984年、路地は、その日も聴衆だったオレグ・ヤクボウィッツとウィリアム・ウィックスとともに、ついに実験を実行することができました。ホイーラーが想像したとおりに機能しました。現在の測定値が過去を作成する可能性があります。私たちがかつて知っていたような時間は存在しません。過去は未来の前に消えることはありません。ホイーラーが発見した歴史 — 罪悪感を醸し出す種類、狐穴に眠る種類 — は決して確定されていません。
それでも、いくつかの根本的な洞察はホイーラーを逃した.彼は、量子測定により、現在の観測者が過去を作成し、宇宙がそのブートストラップによって存在するようになることを知っていました.しかし、量子測定はどのようにそれを行ったのでしょうか?そして、時間が原初のカテゴリーではなかったとしたら、なぜこれほど容赦なかったのでしょうか?ホイーラーの日記は、自分自身に何度も何度も書かれた独自のポストカードになりました。 急げ 存在のパズルが彼を罵倒した。 「そのナットを叩き続けない限り、私は「私」ではありません」と彼は書いた. 「やめて、縮んだ老人になる。続けてください。私の目に輝きがあります。」
1988 年、ホイーラーの健康状態は不安定でした。彼は2年前にすでに心臓手術を受けていました。今、彼の医者は彼に有効期限を与えました。彼らは、彼があと3年から5年生きると期待できると彼に言いました。彼自身の死の脅威の下で、ホイーラーは意気消沈し、兄を救うために彼が個人的に失敗したことを見たスコアにさえ、存在の謎を解決するのに間に合わないのではないかと心配しました。 「謝罪」という見出しの下で、彼は日記に次のように書いています。私 — 76 — 持っていません。」
幸いなことに、以前の科学者のように、医師たちは時間の性質を完全に誤解していました。ホイーラーの目は輝き続け、彼は量子力学の謎と時間の奇妙なループを叩きのめした。 1999 年 6 月 11 日に彼は、「量子の栄光の背後には恥がある」と書いています。どうして量子が生まれるのか、まだ理解できていないからです。自作宇宙のシグナルとしての量子？」その年の後半、彼は次のように書いています。量子はどうして？死はそのような問題を提起するための罰ですか?」
ホイーラーの日誌は孤独な探求に駆り立てられた男を明らかにしますが、彼の影響は広範囲に及んでいました。近年、スティーブン・ホーキングは、彼の共同研究者であるベルギーの KU ルーベンにある理論物理学研究所のトーマス・ヘルトグと共に、ホイーラーの遅延選択の直系の子孫であるトップダウン宇宙論として知られるアプローチを開発してきました。遠く離れたクエーサーからの光子が、誰も見ていないときに同時に複数の経路をたどるように、宇宙には複数の歴史があるとホーキングとヘルトグは主張しています。そして、観測者が何十億年も前にさかのぼる光子の歴史を決定する測定を行うことができるように、宇宙の歴史は観測者が測定を行ったときにのみ現実になります.量子力学の法則を宇宙全体に適用することで、ホーキング博士は、その日ホイーラー氏がノースカロライナ空港で灯したたいまつを携え、その過程で時間について私たちが持っているすべての直感に挑戦します。トップダウンのアプローチは、「宇宙論と原因と結果の関係について、まったく異なる見方をもたらします」とホーキング博士は書いています。それはまさに、Wheeler が自己創造の世界に目を向けたときに目指していたことです。
2003 年、ホイーラーはまだ存在の意味を追い求めていました。 「『なぜ存在するのか』について、私は理路整然と話せるとは思えないほどです！」彼は日記に書いた。 「調べる時間はあまりありません!」
2008 年 4 月 13 日、ニュージャージー州ハイツタウンで、96 歳のジョン アーチボルド ウィーラーはついに時間との戦いに敗れました。その頑固に執拗な幻想。
アマンダ・ゲフターの本 アインシュタインの芝生への侵入—物理学、彼女の父、宇宙、ジョン・ウィーラー、何もかもすべてについての回想録—が今月バンタムから出版されました。
