立教大学

理学部物理学科 教授
村田 次郎氏

研究分野
物理学/素粒子・原子核、重力の物理学
研究テーマ
ミリメートル以下の距離での重力の精密測定による、3次元を超える余剰次元の探索を進めるとともに、素粒子・原子核の精密観測による、時空対称性の破れの探索

本日は「世界は本当に3次元か？」というテーマで、「科学の目的は科学、勉強の目的は勉強」をサブテーマとして話を進めます。皆さんには、勉強が何に役立つのかという疑問があるかもしれません。私は、科学が面白いから研究をしています。
もう少し詳しくいうと4次元ポケットとタイムマシン。自分がどんな世界に生きているのか知りたくて、空間と時間について研究しています。

皆さんは、空間は3次元だと思っているでしょう。しかし、写真や地図が3次元を2次元で表しているように、この世界が本当は4次元以上の高次元（余剰次元）なのに3次元と思い込んでいる可能性があります。ニュートンとアインシュタインは、世界は3次元という前提に立って現象を説明しましたが、もし余剰次元があれば、説明が正しくないことになります。私は余剰次元の世界があるかもしれないと考えて、証拠を探しているのです。

例えば照明（ライト）の実験です。空間が3次元の場合には、ライトの距離が2倍離れると、感じる光のまぶしさは4分の1になります。まぶしさも物体間に働く力の大きさも、距離の2乗に反比例するからですが、これの前提は3次元です。私は本当かどうか知りたくて、距離を変えて重力の大きさを調べる実験をしています。

私は子どもの頃、大工さんになりたいと思うほどものづくりが好きでした。小学5年の時に、テレビでアインシュタインの理論を知り、目標は物理学者に変わりました。大学に入ると周囲の学生が優秀で自信を持てずにいましたが、大学3年ごろから実験装置を自分で作るようになり、得意なものづくりを生かして物理学の結果を出すことで手応えを感じました。その後は、研究所に所属して憧れの米ニューヨークへ行き、4兆度という超高温状態を作って、ビッグバン直後の「クォーク・グルーオン・プラズマ状態」を発見した世界的なプロジェクトに携わりました。いわゆるエリートコースを歩んでいたものの、30歳に差しかかり、自分が一番面白いと思える科学の研究に取り組みたいと思い、立教大に移りました。

その一つに高次元空間を探すことがあります。スイスにある世界最大規模の欧州合同原子核研究所（CERN）は、予算1兆円規模、数千人で進める巨大科学です。一方、私の研究室は1千万円規模の予算で、学生を含む5人ほどで予算も人数も大きく違いますが、私たちの方が先に見つけられるかもしれません。こういう研究を最先端で担っているのは大学生や大学院生たちです。高校までは先生が教える人、生徒は教えられる人と立場がはっきりしていると思いますが、大学では誰も知らない世界を見たくて、先生と学生が一緒に実験し研究をしています。

私は自分が知りたいこと、面白いと思うことを研究しています。そもそも理学部は、物理や化学など自然に関する科学の「基礎研究」をするところです。社会の中ですぐに実用化されるというものではありませんが、結果的に社会の役に立つことはたくさんあります。例えば、アインシュタインの相対性理論があるからスマートフォンで自分の位置を正確に知れますし、私が時間の実験で測っている物質は福島の原発事故で放出した物質と同じだったので原発などの測定にも協力しています。

これまでの経験から、勉強や研究など目の前のことにじっくり取り組むことで、自分の進むべき方向が分かったり、新たな発見と出合ったりすることがあります。今は「勉強の目的は勉強」ということで十分だと思います。

※本記事は『西日本新聞』（2023年12月10日掲載）をもとに再構成したものです。
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