Column

2019.08.07 21:00

『スパイダーマン:スパイダーバース』を超弦理論で科学的に解説する

  • JOSHUA

『スパイダーマン:スパイダーバース』は5つの別の宇宙から、主人公マイルス・モラレスがいる宇宙にスパイダーマンたちが集まってくるという壮大な物語だ。

マイルスはピーター・パーカーに、違う宇宙から来たんだと説明されたとき、“ああ、分かるよ。一般相対性理論かなんかで聞いたことあるよ”と即座に理解を示した。

高校生で一般相対性理論を知っているとは、偉いぞマイルス……!だけどごめんマイルス、『スパイダーバース』のマルチバースの世界を理解するには”一般相対性理論”だけじゃちょっと足りないのだ。

「異次元」や「多元宇宙」みたいな言葉は、何もSFやアニメーションの世界だけに登場するわけじゃない。そういうことを大真面目に研究している物理学者は現実に大勢いて、彼らは「超弦理論」と呼ばれるウルトラ難解な理論の発展に日々勤しんでいる。

ということで今回は一般相対性理論だけじゃとても説明がつかない『スパイダーバース』の世界を、”超弦理論”を使って一風変わった視点から解説しよう。僕はいつもこうやって作品の科学的解説を担当しているが、たぶん今までで最も難しい。最初は“多元宇宙”という言葉の解説から始めるが、最後には亡きホーキング博士の最期の論文まで引用する。超弦理論はこの世で最も難しい理論の1つとも数えられているくらいなので、“分かるようで分からない、だけどちょっぴり分かる”解説を、気楽に楽しむくらいのテンションで読んで欲しい(笑)。

“多元宇宙”という言葉のよくある誤解

“多元宇宙”という言葉を使うとき、よく”多次元宇宙”という言葉と間違って使ってしまうことがある。まずこの2つの言葉を整理しよう。実は『スパイダーバース』でも、マイルスをはじめ、多くのキャラクターがこの2つの言葉を混同して使っていた。別に彼らは物理学者のヒーローで売ってるわけではないので、まったく問題はないのだが。

まずは”多次元宇宙”。名前の通り、「宇宙は多次元の空間だよ」ということだ。次元というのは、“モノの状況を指定するのに必要な方向の数”のことで、私たちの目には前後、左右、上下と三方向見えているので、私たちの空間は3次元空間といえる。「下」は「上」の逆方向、「左」は「右」の逆方向といえるので、合わせて1つの方向と捉えられることがポイントだ。

ただ、少し意地悪なことをいえば、この3つの方向だけではモノの状況を完全に指定することは出来ない。

たとえば、渋谷駅で友達と待ち合わせすることになったとしよう。待ち合わせ相手の友達が「渋谷のハチ公前で集合ね!」と言ってきた。待ち合わせの支度を始めようとするも、よく考えたら重大な情報が欠落していることにすぐ気がつくだろう。そう、“時間”だ。待ち合わせ場所が正確に分かったとしても、何時何分に集合するかが分からなければ友達との待ち合わせは成功しない。当然のことだが、人と待ち合わせをするには「場所」を指定するための3つの方向、“時間”を指定するための1つの方向が必要だ。時間を1つの「方向」と捉えるのはちょっと気味が悪いかもしれないが、これで私たちの世界は本質的に4方向の世界、つまり4次元の世界といえるわけだ。「4次元ポケット」なんて言葉できっと聞いたことがあるはずだ。物理学の言葉では、時間と空間を1つの言葉にして、これを”4次元時空”と言ったりする。

“多次元宇宙”という名がついてるだけあって、話は4次元程度では終わらない。現在、超弦理論ではこの世界は本当は10次元だと予言(※自然科学の領域では、仮説理論がなにか未観測の現象を想定するとき、「予言」という言葉をよく使う)されている(※1)。私たちが認識できるのは最大4次元までなので、つまり残りの6つの方向が「私たちには見えない隠れた方向」だということになる(超弦理論ではこれを余剰次元という)。「物理学者は10次元まで想像できるのか!」と驚かれるかもしれないが、一部の変人を除いて物理学者であっても10次元は想像できるものではない。様々な実験の末、どうもこの世界は10次元でないと実験値との整合性がとれないと分かってきたのだ(※2)。

とはいえ、なぜ10次元である必要があるんだ?というもっともな疑問に関しては後述するとして、”多次元宇宙”という言葉はあくまで宇宙を1つだとしている点をここでは強調したい。つまり”多次元宇宙”とは「宇宙は1つで、1つの宇宙に10コもの次元があるよ」ということで、「宇宙は1つじゃなくて、沢山あるよ」という意味の”多元宇宙”とは全く異なるものだ。

それなら別の宇宙のスパイダーマンたちがマイルスのいる宇宙に続々とやってくる『スパイダーバース』の世界は、”多元宇宙”という言葉が合っている。グウェンもペニー・パーカーも、皆んなこぞって”I came from another dimension.(別の次元から来たんだ)”と言っていたが、この言い方はちょっと誤解を招きかねない。彼らは「異次元」から来たわけではなくて、あくまで別の宇宙からやって来たことに注意しよう。彼らが生活していた宇宙も私たちの宇宙と同じ『方向』の数をもっているだろうから、同じ次元数をもつ別の宇宙の「次元」である。もしあなたが違う宇宙に行ってしまうことがあれば、素直に「別の宇宙から来た」と言った方が正確で好印象かもしれない。とにかく、世界一使わない会話フレーズだけなのは間違いない。

(注釈)
※1:他に合計11次元だとするM理論という仮説理論もある。今回扱う超弦理論はすべて10次元とする立場のものであることを明記しておく。
※2:勿論、実験との整合性をとることだけから超弦理論が生まれたわけではない。数学的な抽象性のなかで純粋な理論として生まれた側面がむしろ大きい。

エヴェレットの多世界解釈──宇宙は無数に”枝分かれ”する

4次元存在の私たちが干渉できない余剰次元と呼ばれる6次元は、カラビ・ヤウ多様体と呼ばれる非常に複雑な構造を持っている。このカラビ・ヤウ多様体が私たちを取り巻くあらゆる空間上に存在しているのだ。大きさにして大体10のマイナス33乗㎝くらいで、分かりやすく単位を変えると、そうだな億、兆、京、垓、秭、穣、溝ときて……10澗㎝ってところだ。うん、とんでもなく分かりにくい。とにかく超弦理論では、「私たちの目に見えない」ということは「目に見えないように折りたたまれている」ということでもあり、カラビ・ヤウ多様体は曲がっていたり穴があったりと、歪な松ぼっくりのような形をしている。

カラビ・ヤウ多様体の図(出典:Andrew J. Hanson – OTRS Ticket#2014010910010981

「そうかー、松ぼっくりが異次元の正体かぁ~」で終わる話ではない。面白いのは、この異次元の考えられる数の多さだ。超弦理論で、このカラビ・ヤウ多様体、つまり6次元空間の性質を方程式を使って調べると、ペンを投げたくなるような膨大な結果がポンッと出てくる。10の500乗個、これが「6次元空間の候補の数」として方程式から飛び出してくる数字だ。10の後に500個の0がつくような数だけ、「異次元は存在して良い!」と超弦理論は主張するのだ。うーむ、「私たちの空間は10次元、見えない残りの6次元は折りたたまれていて、10の500乗個だけ異次元の候補があるよ」と突然言われて、「うんそうだね、分かった」と納得する人がどこにいるだろうか。いたらなかなか変人だと思うが、一旦話を『スパイダーバース』に戻そう。

『スパイダーバース』ではペニー・パーカーは未来のニューヨークから、スパイダーマン・ノワールは1930年代の過去から、スパイダー・ハムはコミカルなカートゥーン調の世界から、グウェンや茶髪のピーター・パーカーはモラレスとは分岐した違う世界から──と、それぞれ異なる5つの宇宙からスパイダーマンたちが集結したわけだ。ここでいう「異なる宇宙」という言葉は多元宇宙論のそれであり、異次元から来たという意味ではない。ここまでついてこれた人ならもう違いがよく分かるはずだ。

異次元に膨大な数だけの候補があることを考えると、そもそも宇宙自体に膨大な数の可能性があってもいいと考えるのは自然なことだ。「宇宙は1つじゃなくて、沢山あるよ」とする多元宇宙論はこういう発想からも生まれてくるものだ。

“エヴェレットの多世界解釈”というのを聞いたことはあるだろうか。

ここにコインが一枚あったとする。このコインを放り投げ、裏が出たか表が出たかをカウントする。適当に放り投げたら1回目に表が出たとしよう。もちろん、結果は毎回ランダムに決まる。1回目に表が出たとき、誰も疑問にも思わないが、エヴェレットは奇妙なことを言う──「裏が出た宇宙と分岐した」と。「裏が出た宇宙も別に存在し、我々は表が出た宇宙にたまたま存在しているだけだ」という彼の考えを”エヴェレットの多世界解釈”なんて呼んだりする。

『スパイダーバース』の宇宙観は、おそらく多世界解釈の観点にとても近い。モラレスのいる宇宙のピーター・パーカーは金髪でヒーローとしてとても真面目な好青年だ。対して後にやってくるピーター・パーカーの方はお腹が出ていて、なんとも適当な性格である。きっとピーター・パーカーのいる2つの宇宙はどこかで分岐したのだ。どこかの時点で「選択の違い」が「分岐」を生み、「分岐」が異なるピーター・パーカーを生んだわけだ。ただし、エヴェレットの多世界解釈では、分岐した2つの世界線が1つの世界線に収縮することはないので、こうやって異なる宇宙同士が実際に干渉し合うことはありえないのだが、逆に「もし他の宇宙と干渉出来たら?」と考えた作品が『スパイダーバース』ともいえる。そして、「選択」が生じるたびに他の宇宙と分岐すると考える多世界解釈はある意味非決定論的ともいえるのだが、確か『スパイダーバース』は「運命を受け入れろ」という超決定論的なフレーズを掲げていた気がする。

キングピンが巨大な装置を使ってやりたかったこと──なぜ”異次元”=”加速器”なのか

キングピンは自分の失った家族を取り戻すために、巨大な「加速器」を作った。結果的にはキングピンにとって厄介なスパイダーマンを別の宇宙から呼び出すことになってしまったが、なぜ”異次元”をこじ開けるのに、”加速器”が必要になったのだろうか。キングピンがあの巨大な装置を使ってやりたかったことを、少し現実的に考察したい。

前述の「異次元」。「この宇宙は10次元で、私たちには認識できない6次元は折りたたまれている」と書いたが、そもそもなぜこの宇宙が10次元のような”高次元”である必要があるのだろうか。簡潔に言うと、「重力が弱すぎる」というのがひとつの答えだ。

もう少し説明しよう。

重力以外で、代表的な力に「電磁気力」というものがある。冬場の寒いときに、よく発生するぴりっと痛い静電気も、「電磁気力」の仲間だ。電磁気力と重力は発生原因がまったく異なる力で、基本的にこの2つの力に関係性はない。普通、静電気以外で「電磁気力」というものを日常的に感じることはなかなかないから、電磁気力よりも重力の方がずっと弱いと言われてもピンとこないかもしれない。ただ、今私たちがリアルタイムで感じている重力は、わかりやすくいえば「地球が私たちを引っ張ってる力」である。あなたを引っ張っているその力は、地球が引っ張っている。6000000000兆トンもある地球が、だ。

「重力」という力はとてつもなく弱いため、地球のような大きい”モノ”が私たちを引っ張ることで、やっと感じることが出来るレベルの「力」になる。私たちが「痛い」と感じる静電気のスケールの小ささを考えると、重力が弱いというのは実感できると思う。

1998年、当時大学院生だったニマ・アルカニ・ハメドがこの問題を解決すべく、ある理論を発表した。私たちは重力が3次元の「方向」に働くものだと、いつのまにか誤解してしまっている。重力は他の電磁気力などといった力とは違い、異次元の方向にも滲み出していくことが出来るのだ、と考えるのはどうだろう?つまり、私たちの目には見えない異次元の「方向」にこそ重力は伝わっていて、たまたま残っていた力を私たちは感じているに過ぎない、と考えるということだ。

この理論は当時のものとして画期的で(とはいっても20年前のことだが)、異次元に滲み出る重力をなんとか観測しようと物理学者たちは試みた。その1つの方法に、素粒子加速器を用いるものがある。その観測理論は簡単にいうとこんな感じだ。

やっとここまで来たぞ(ゼェゼェ‥‥)。

円状の巨大な素粒子加速器で粒子を十分に加速させ、高いエネルギーを持たせた状態で粒子同士を衝突させる。このとき、衝突した際のエネルギーが重力の形で異次元の「方向」に滲み出ていくと考えてみる。つまり、「衝突前と衝突後のエネルギーの総量」が合わなくなる。この合わなかった分を観測することが出来れば、晴れて重力が異次元方向に滲み出していることの証明になる、というわけだ。根本の部分は非常にシンプルな実験で、分かりやすいものだと思う。

ここでキングピンが作った装置の話に戻ろう。多分、想像するにこのような加速器を使った「異次元探し」の実験のアナロジーが、『スパイダーバース』の製作者側に気づかぬうちに随分と効いたのだろう。キングピン一派が装置のことを、「コライダー(加速器)」と呼んでいたのもそういうことだ。右側と左側から粒子を照射させ、衝突させることで「異次元」の扉を開く──キングピンがやりたかったことは至ってシンプルだが、もうここまで読んできてる皆さんもお気づきのように、この方法で「異次元」を開いても仕方がない。

要するに、やってることが1つの宇宙で完結してしまうからだ。「宇宙は1つで、宇宙は10次元だよ」の多次元宇宙に突き進んでも、キングピンを待ってるのはカラビ・ヤウ多様体の世界だ。単純にかわいそうだろうそれは。キングピンが思い浮かべた「異次元」=「加速器」の図式の背景にはこうした科学的な理由があるが、どうやら加速器では上手くいかなさそうだ。100歩譲って素粒子加速器で異次元への扉が見事開いたとしても、キングピンを待ち受けるのは、『アントマン』の”量子世界“のような場所だ。周りにキングピンを真似しようとしてる人がいれば、是非止めてあげてやってほしい。

ホーキングが遺した最期の論文が示唆するもの──宇宙同士は結構似ている?

スティーヴン・ホーキング博士(出典:NASA – StarChild Learning Center)

劇場で『スパイダーバース』を観ているとき、物理学者ホーキング博士が遺した”最期の論文”を思い出した。”A Smooth Exit from Eternal Inflation?(永久インフレーションからのスムーズな離脱?)”と題された論文である。どうせなら実際に見た方が面白いと思うので、論文の中身はこんな感じだ。

出典:Hawking, S.W. & Hertog, T. J. High Energ. Phys. (2018) 2018: 147. https://doi.org/10.1007/JHEP04(2018)147

なにやら暗号のような数式や意味不明なグラフが書いてあるが、そもそもこの論文の背景には、1983年に提唱された「ハートル・ホーキングの無境界仮説」という仮説がある。この仮説によると、宇宙のはじまりとされるビッグバン以前の宇宙は、「方向」の概念が存在しない世界、つまり時空という構造が非常に不透明で曖昧な状態だったらしい。ただ、この「無境界仮説」による初期宇宙は、永久インフレーションという現象を引き起こしてしまう問題があった。

そもそも私たちの宇宙はビックバンで始まったとされている。これは別に理科に興味がない人も知っている話だろう。ただ、その前に「インフレーション」と呼ばれる現象が起こっていた、という重要な仮説があることは知っているだろうか。とにかく宇宙にスタートがあったことは認めるとして、そこから宇宙は指数関数的な急膨張を起こし、ビックバンが発生した。この初期宇宙の急膨張を、宇宙論では「インフレーション」と呼ぶ。なので宇宙の始まりはビックバンだと習った人が多いかもしれないが、正確に言えばその”前”も存在するのだ。

ところがそのインフレーションが問題だ。「無境界仮説」によると、どうも宇宙は永久インフレーションを起こしてしまう。永久インフレーションが何なのかということよりも、その結果の方が重要だ。永久インフレーションは宇宙の中に、新しい宇宙をどんどんと泡のように作ってしまう。つまり、結果としてマルチバース(多元宇宙)の世界が無限通り出来上がってしまうのである。流石に無限通りというのはあまりに投げやりで、ひとつの物理理論として問題だろう。そこを上手く懐柔させたのが天才ホーキングで、ここで論文”A Smooth Exit from Eternal Inflation?(永久インフレーションからのスムーズな離脱?)”が登場する(実際はルーヴェン・カトリック大学のトーマス・ハートグ教授との共著である)。

結論から言うと、論文の題名に「スムーズな離脱」と表現されてるように、このホーキングの論文は永久インフレーションの問題を解決する。超弦理論とも関連が深い「ホログラフィー原理」と呼ばれる概念を用いて、無限通りのなんでもOKな宇宙を、「似てる宇宙同士」にまで落とし込むことに成功したのだ。お湯を沸かしたときに泡が無数に発生するようなイメージで宇宙は無限に生成していくのではなく、発生したマルチバース同士は結構「似ていて」、まるっきり違うということはないよ、と分かったのだ。

『スパイダーバース』を観ながらこの論文の結果を思い出さずにはいられなかった。

マルチバース同士が「似ている」という事実は、フィクション風に解釈すると面白くなる。『スパイダーバース』って要はそういう話じゃなかっただろうか。

5つの別の宇宙のスパイダーマンは皆同じ”スパイダーマン”であるところは似ているけど、ピーター・パーカーはちょっと腹が出ていたりとか、グウェンがパワーを持っていたりとか、それぞれの宇宙の事情はちょっと違う。

そうした特徴を持った宇宙が選び出されたのは偶然ではなく、もともと宇宙がそういう性質を持ってるからだとよく分かる。もちろん「似ている」というのはあくまで比喩的な意味であり、本来は物理法則における類似性的な意味を与えるものなのは僕もよく分かっている。ただ、実際の科学の現場においても『スパイダーバース』ほどではないにしろ、マルチバースの研究は進んできている。そうしたことを考えたとき、『スパイダーバース』の世界をある意味正当化するような方向に現実の世界も進んでいると知るのは、なかなか面白いことじゃないだろうか。

さて、『スパイダーバース』の超弦理論による解説、お楽しみいただけたであろうか。

ここまで無事にたどり着いたみなさんには、回復薬と勲章でも差し上げたい気分である。子どもの頃からスパイダーマンを追っかけてきてたので、『スパイダーバース』の考察には非常に熱が入ったが、本作は製作者側の愛を本当に隅々まで感じる、傑作である。そうした『スパイダーバース』の練られた世界を機に、マルチバースを扱った作品がドンドンと生まれていくのを僕は心待ちにしているし、なによりそうあるべきだろう。

そして、マルチバースは私たちの誰もに様々な可能性があることを教えてくれる。そう、マイルスも体を張って示してくれたように、宇宙のある数だけ、誰もがスパイダーマンになれるのである。

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『スパイダーマン:スパイダーバース』

スパイダーマン、死す──
スパイダーマンことピーター・パーカーの突然の訃報により、ニューヨーク市民は 悲しみに包まれる。13歳のマイルス・モラレスもその一人。彼こそがピーターの後を継ぐ“新生スパイダーマン”だが、その力を未だに上手くコントロール出来ずにいた。そんなある日、何者かにより時空が歪められる大事故が起こる。その天地を揺る がす激しい衝撃により歪められた時空から集められたのは、スパイダー・グウェン、 スパイダーマン・ノワール、スパイダー・ハム、そしてペニー・パーカーと彼女が操るパワードスーツ。彼らは全く別の次元=ユニバースで活躍する様々なスパイダー マン達だった。

製作/アヴィ・アラド、フィル・ロード&クリストファー・ミラー
監督/ボブ・ペルシケッティ、ピーター・ラムジー、ロドニー・ロスマン
脚本/フィル・ロード
音楽/ダニエル・ペンバートン
キャスト/
マイルス・モラレス/スパイダーマン:シャメイク・ムーア(小野 賢章)
ピーター・B・パーカー/スパイダーマン:ジェイク・ジョンソン(宮野 真守)
グウェン・ステイシー/スパイダー・グウェン:ヘイリー・スタインフェルド(悠木 碧)
スパイダーマン・ノワール:ニコラス・ケイジ(大塚 明夫)
ペニー・パーカー:キミコ・グレン(高橋 李依)
スパイダー・ハム/ピーター・ポーカー:ジョン・ムレイニー(吉野 裕行)
ウィルソン・フィスク/キングピン:リーヴ・シュレイバー(玄田 哲章)
アーロンおじさん/プラウラー:マハーシャラ・アリ(稲田 徹)

2019年8月7日(水)ブルーレイ&DVD発売、同時レンタル開始!
2019年6月26日(水)よりデジタル先行配信!
・ブルーレイ&DVDセット【初回生産限定】 4,743円+税
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