物理学は、フランシスコ・ヴィラトロ氏率いるサイエンス・フェスト・ムイ・マラガ2024でも行われた。以下に全文を掲載します。
フランシスコ・ヴィラトロ氏の講演の編集済みトランスクリプト
現実の量子的性質は、21 世紀の最も重要な未解決の問題です。これから説明する理由についてお答えをいただきたいと思います。
今日、私たちは宇宙のすべてが量子場の励起である基本粒子でできていることを知っており、その粒子と場の説明を信じられないほど正確に行っています。残念ながら、時間、空間、重力の量子記述はありません。粒子についての知識と時空についての知識を統合するには、量子記述が存在する必要があると考えているため、量子記述が必要です。
私たちはブラック ホールの合体に関連する重力波を観測しましたが、私たちがしっかりと理解しているのは基本粒子です。私たちは、物質の粒子であるフェルミ粒子と、相互作用の粒子であるボーソンが存在することを知っています。フェルミ粒子の中には 3 つの族と合計 24 個の粒子があります。1 つは 3 色のアップタイプとダウンタイプのクォークです。荷電（電子型）または中性（ニュートリノ型）レプトン。さらに、これら 24 個の粒子のうち、反粒子があります。
また、ボソンに関連するフェルミ粒子間の力を仲介する相互作用用の粒子もあります。私たちは、クォークなどの色付き荷電粒子間の相互作用を仲介する8 つのグルーオンを知っています。荷電粒子間の電磁相互作用を媒介する光子があります。 W と Z の 3 つの弱い粒子があり、ヒッグス粒子もあります。
これらの粒子は場の励起であり、基本的なものではありません。基本的なものは量子場です。私たちは 118 の量子場を知っています。そのうち 36 のフェルミオン場はクォークに関連し、9 つはレプトンに関連しています。驚くべきことですが、核の放射能に関与する弱い相互作用が左右で区別されます。電子と同様、粒子は左右の磁場の励起であり、弱い相互作用によってこれらの成分間の違いが見られます。
さらに、相互作用を媒介するフィールド、ボソンフィールドがあります。 8 つのグルーオンと 1 つの光子があり、これらは 2 つの関連する場を持つ質量のない粒子です。質量と 3 つの関連場を持つW 粒子と Z 粒子、および 1 つの関連場を持つヒッグス粒子があります。追加すると、90 プラス 28 により 118 の基本的な量子場が得られ、これは発見された化学元素の数と一致します。
しかし、私たちは時間、空間、重力の量子的な性質を知りません。それが私たちが解決したい大きな問題です。なぜ物理的現実には古典的な時空と量子粒子という二重の性質があるのでしょうか?私たちは、アインシュタインの夢、つまり時空と重力、さらには粒子とそれらの相互作用の両方を量子レベルで記述する統一理論または万物の理論を実現することが理想的であると信じています。
私たち物理学者は現実を研究しますが、時間の経過とともにそれが現実に近づくことを期待して、物理的な現実を見ることができているだけです。物質は原子でできており、原子は光子によって原子核に結合した電子です。原子核は陽子と中性子で構成され、パイオンによって結合されています。陽子、中性子、電子、クォーク、グルーオン、光子、ニュートリノ、ヒッグス粒子は基本粒子ですが、量子場は観測できません。
空間の各点および時間の各瞬間で量子場の価値がどれくらいであるかを実験で観察することはできません。私たちが観察できるのは粒子、つまり粒子のような励起だけです。低エネルギーでは、これらの励起は粒子のように振る舞い、低速ではシュレディンガー方程式によって支配されます。
シュレディンガー方程式は、粒子の分布について私たちが持っている情報がどのように進化するかを説明しますが、波動関数は自然界には存在せず、単なる数学的手段です。さらに、上記の方程式の時間は古典的な量であり、量子的な量ではありません。
量子力学の基礎原理はハイゼンベルクの不確定性原理であり、粒子には定義された位置や速度がないことがわかります。どちらにも不確実性があり、乗算すると最小値より大きくなる必要があります。粒子の位置や速度を誤差ゼロで測定することはできません。
とりわけ、アルバート・アインシュタインは、量子力学の根底には、粒子の位置と速度を正確に記述する隠れた変数を持つ古典的な現実が存在するに違いないと信じていました。これを検証するために、アインシュタインは 1935 年に原子核が 2 つの絡み合った粒子に崩壊するという思考実験、 EPR (アインシュタイン・ポドルスキー・ローゼン) 実験を提案しました。
しかし、アインシュタインは、トリチウム原子核の弱い崩壊の場合など、ハイゼンベルクの原理に対する反例を探しながら亡くなりました。彼女の計算では、不確定性原理は 400 倍違反されているように見えました。しかし、実験が何を示すかは自然が教えてくれます。そして 1950 年に物理学者マダム ウーは、不確定性原理が完全に満たされていることを示しました。
過去 100 年にわたり、すべての実験はハイゼンベルクの原理が正しいことを証明しており、この原理はアスペクト、クラウザー、ツァイリンガーに 2022 年のノーベル物理学賞を授与されました。
私たち物理学者は、自然は量子であると信じており、時間、空間、重力には量子的な性質があると信じており、それを探しています。それは量子重力と呼ばれます。それが今世紀中に解決すべき大きな問題です。この部屋にいる物理学を勉強したい若い人たちには、この問題を解決することで人類の歴史に名を残せるよう、熱心に勉強することをお勧めします。