2025年3月、イギリスのロンドン大学（University of London）から衝撃的な科学ニュースが飛び込んできました。それは、「重力がエントロピー起源である」という、これまでの物理学の常識を根本から覆す可能性のある革命的な理論の発表です。この研究は、重力という身近でありながら未解明な現象が、実は宇宙のエントロピー（乱雑さや秩序の度合いを示す物理量）と密接に関連していることを提唱しています。今回の発表は、科学界に大きな波紋を広げており、一般の人々にもその影響が及ぶ可能性があります。この記事では、この新理論の内容、その背景、科学的意義、そして今後の展望について、詳しく解説します。
- 新理論の概要：重力とエントロピーの意外な関係
- 研究の背景：重力の起源を巡る長年の議論
- 理論の詳細：時空と物質の「曲がり具合」とは？
- 科学的意義：暗黒物質との関連性
- 今後の課題と展望
- 一般への影響：科学と想像力の交差点
- まとめ：物理学の新時代への第一歩
新理論の概要：重力とエントロピーの意外な関係
まず、この理論の核心から見ていきましょう。ロンドン大学の研究チームは、重力が「時空と物質の曲がり具合の差異」によって生じるエントロピーの違いから発生すると主張しています。従来、アインシュタインの一般相対性理論では、重力は質量を持つ物体が時空を歪めることで生じるとされてきました。例えば、太陽が時空を曲げ、その影響で地球が軌道を描くというのが一般的な理解です。しかし、今回の理論は一歩進んで、時空そのものと物質がそれぞれ異なる「曲がり具合」を持つことでエントロピーに差が生まれ、その差が重力として現れると説明します。
エントロピーとは、物理学において系の乱雑さやエネルギーの散逸を表す概念です。例えば、熱いコーヒーが冷める過程でエントロピーが増大するように、宇宙全体でも時間が進むにつれてエントロピーは増えていくと考えられています。この新理論では、重力がこのエントロピーの変化と結びついているとされ、従来の「質量による時空の歪み」という説明とは異なる視点を提供しています。研究の中心人物であるビアンコ氏は、「この研究は量子重力がエントロピー起源であることを提唱し、重力場が暗黒物質の候補となる可能性を示唆している」とコメントしており、暗黒物質の謎にも光を当てる可能性があるとしています。
研究の背景：重力の起源を巡る長年の議論
重力は、私たちが日常的に感じる最も身近な力の一つですが、その本質は長い間解明されていません。ニュートンがリンゴの落下から万有引力の法則を導き出した17世紀以来、重力は科学の中心的なテーマでした。しかし、20世紀に入りアインシュタインが一般相対性理論を発表すると、重力は単なる「力」ではなく、時空の幾何学的な性質として理解されるようになりました。この理論は、惑星の軌道やブラックホールの存在を説明するなど、多くの成功を収めてきましたが、量子レベルでの重力の振る舞いを説明することはできませんでした。
一方で、量子力学は素粒子の世界を支配する理論として確立されていますが、重力との統合は物理学の最大の未解決問題の一つとされています。この「量子重力」の理論を構築しようとする試みの中で、弦理論やループ量子重力などさまざまな仮説が提案されてきましたが、決定的な証拠はまだ得られていません。ロンドン大学の新理論は、この文脈の中で生まれたもので、エントロピーに着目することで重力の起源に新たな解釈を与えようとしています。
理論の詳細：時空と物質の「曲がり具合」とは？
では、具体的に「時空と物質の曲がり具合の差異」とは何を意味するのでしょうか。この理論では、時空を一種の連続的な「場」として捉え、そこに存在する物質がその場に影響を与えると考えます。一般相対性理論では、質量が時空を一様に歪めるとされていますが、新理論では、物質が時空に与える影響が均等ではなく、微細な差異を生み出すと仮定します。この差異がエントロピーの分布に変化をもたらし、その結果として重力が発生するというのです。
イメージしやすい例を挙げると、空間に広がるゴムシートを考えます。従来の理論では、重いボール（質量）がゴムシートを均等に凹ませ、その凹みが他の物体を引き寄せるとされます。しかし、新理論では、ゴムシート自体が場所によって微妙に厚さや柔らかさが異なり、ボールが置かれたときに生じる凹みのパターンが一様ではないと考えるのです。この凹みの不均一さがエントロピーの差を生み、それが重力として観測されるとされています。
数学的には、この理論はエントロピーと重力場の関係を記述する新たな方程式を提案しています。研究チームは、既存の観測データやシミュレーションを用いて、この方程式が現実の重力現象を説明できるかを検証中です。特に、銀河の回転曲線や宇宙の大規模構造など、従来の理論では暗黒物質を仮定しなければ説明できない現象に対して、この理論が新たな解釈を提供できるかが注目されています。
科学的意義：暗黒物質との関連性
この理論の最も興味深い点の一つは、暗黒物質との関連性です。現在の宇宙論では、宇宙の質量・エネルギーの約27％が暗黒物質によるものとされています。暗黒物質は重力を及ぼすものの、光を吸収・放射しないため直接観測できず、その正体は未解明です。多くの科学者は、暗黒物質が未知の粒子から成ると考えていますが、実験による証拠はまだ得られていません。
ロンドン大学の研究チームは、重力場そのものがエントロピーの差異によって形成されるならば、暗黒物質を仮定しなくても一部の現象を説明できる可能性があると指摘します。つまり、暗黒物質とされる効果の一部が、実はこのエントロピー起源の重力によるものかもしれないのです。ビアンコ氏のコメントにある「重力場が暗黒物質の候補となる」という主張は、この点を強調しています。もしこの仮説が正しければ、暗黒物質の探索におけるパラダイムシフトが起こるかもしれません。
今後の課題と展望
この新理論は非常に魅力的ですが、まだ初期段階にあり、多くの課題が残されています。まず、実験的・観測的な証拠が不足しています。理論を裏付けるためには、宇宙背景放射や銀河団の運動など、具体的なデータとの整合性を示す必要があります。また、量子重力との整合性も検証されなければならず、特にプランクスケール（10⁻³⁵メートル）での現象をどう説明するかが鍵となります。
さらに、一般相対性理論との関係性も明確化が必要です。アインシュタインの理論は、太陽系のスケールから宇宙全体に至るまで驚異的な精度で現象を予測してきました。新理論がこれを完全に置き換えるのか、あるいは補完する形で共存するのかは、今後の研究で明らかになるでしょう。研究チームは既に、次世代の宇宙望遠鏡や重力波観測装置を用いた検証計画を進めているとされています。
一般への影響：科学と想像力の交差点
この理論が証明されれば、科学だけでなく私たちの世界観にも大きな影響を与えるでしょう。重力がエントロピーと結びついているという発想は、時間や宇宙の進化に対する理解を深める手がかりとなります。例えば、宇宙の膨張がエントロピーの増大とどのように関連しているのか、ビッグバン以降の重力の役割はどう変わってきたのかといった疑問に、新たな視点を提供するかもしれません。
また、この理論はSF的な想像力を刺激します。エントロピーを操ることで重力を制御できる未来が描かれるかもしれませんし、暗黒物質の謎が解けることで宇宙旅行やエネルギー利用の技術が飛躍的に進歩する可能性もあります。科学とフィクションの境界が曖昧になる瞬間が、まさに今訪れているのかもしれません。
まとめ：物理学の新時代への第一歩
ロンドン大学の「重力がエントロピー起源である」という理論は、物理学における革命的な一歩となる可能性を秘めています。重力の本質をエントロピーと結びつけるこの発想は、これまでの常識を問い直し、量子重力や暗黒物質の解明に向けた新たな道筋を示しています。まだ検証段階にあるとはいえ、そのインパクトは科学界を超えて広く波及するでしょう。
今後、この理論がどのように発展し、どのような証拠によって裏付けられるのか、注目が集まります。重力という普遍的な力の起源がエントロピーにあるとするならば、私たちが立つこの宇宙の理解が根本から変わる日が来るかもしれません。科学の進歩は、時に予想を超えた形で私たちを驚かせます。この新理論がその一例となるのか、歴史が判断することでしょう。
ソース:
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.111.066001
