「宇宙は原子ではなく物語でできている」と詩人ミュリエル・ルカイザーが言ったのは有名な話です。 「私たちは星の材料でできている」と、カール・セーガンは反論しました。 しかし、最も魅力的で重要な物語のいくつかは、原子や「星のもの」を説明するものである。 例えば、『量子宇宙』である。 ロックスターの物理学者 Brian Cox とマンチェスター大学の教授 Jeff Forshaw による The Quantum Universe: Everything That Can Happen Does Happen* は、シリコン チップから星、人間の行動まですべてを説明する枠組みを量子論がいかに提供するかを探求する、自然の基本構造への驚くべき吸収力のある旅と言えます。 なぜなら、粒子が同時に複数の場所に存在することができ、宇宙全体を同時に探索することによって、ある場所から別の場所へ移動する世界を記述しているからです。 宇宙の最も小さな構成要素の振る舞いを理解することは、他のすべてのものを理解するための基礎となるからだ。 というのも、世界は多様で複雑な現象に満ちているからです。 しかし、そのような複雑さにもかかわらず、私たちは、すべてのものが量子論のルールに従って動き回る一握りの小さな粒子から構成されていることを発見しました。 そのルールは、封筒の裏に書き表すことができるほど簡単なものです。 そして、物事の本質的な性質を説明するために、図書館の本一冊を必要としないという事実は、すべての最大の謎の1つです。”
この物語は、アインシュタインから、1900 年に「量子」と呼ぶ小さなエネルギーの塊で放出される光による高温物体の「黒体放射」を表現するために「量子」という言葉を作ったマックス・プランクを経てファインマンまでの 1 世紀の科学の後知恵と理論の発展を織り込み、量子論と観測できる現象の予測におけるその主役に対する現代の見解に到達しているのです。
現代物理学が明らかにした私たちの住む宇宙の姿は、根本的に単純なもので、優雅な現象は見えないところで踊り、巨視的世界の多様性が浮かび上がっています。 これはおそらく現代科学の最高の成果であり、人間を含む世界の途方もない複雑さを、ほんの一握りの小さな素粒子とそれらの間に働く 4 つの力の振る舞いの記述に還元したのです」
量子論が奇妙で難解な科学の片隅ではなく、我々の日常と密接に結びついていることを示すために、Cox は身近に根付いた例を挙げている。 (この例では、私がiPadを持っているという間違った仮定に基づいており、ハイゼンベルクの不確定性原理を皮肉ったメタウィンクのようなものです）
あなたの周りの世界を考えてみてください。 あなたは、木のパルプを粉砕した紙でできた本を手にしています。 木は、原子や分子の供給を受け、それらを分解し、何兆もの個々の部品からなる協力的なコロニーに並べ替えることができる機械です。 クロロフィルという分子は、100個以上の炭素、水素、酸素の原子が、マグネシウムと窒素の原子を加えて複雑な形状にねじれたもので、これを利用している。 この粒子の集合体は、地球百万個分の核融合炉である恒星から9,300万マイル（約12億km）もの距離を旅してきた光をとらえ、そのエネルギーを細胞の中心部に送り込み、二酸化炭素と水から分子を作り、生命に必要な酸素を放出する。 この分子鎖が、樹木やすべての生物の上部構造を形成し、あなたの本の中の紙を形成しているのです。 あなたが本を読み、言葉を理解できるのは、ページからの散乱光を電気的インパルスに変換し、宇宙で最も複雑な構造である脳が解釈することができる目が存在するからです。 私たちは、これらのものがすべて原子の集合体にすぎないこと、多種多様な原子が電子、陽子、中性子の3つの粒子だけを使って構成されていることを発見しました。 また、陽子と中性子はそれ自体がクォークと呼ばれる小さな存在で構成されていることもわかり、現在わかっている限りでは、そこで止まっているのです。 これらを支えているのが量子論です。科学では、芸術と同じように、すべてが前のものの上に成り立っていること、すべてが他のすべてとつながっていること、そしておそらく最も重要なことは、制御と確実性を求める我々の最大の衝動にもかかわらず、宇宙の大部分-人間の心と精神が属する-は偶然と不確実性に支配され続けているということである」。 コックスはこのように言っています：
量子論の重要な特徴は、確実性よりもむしろ確率を扱うことであり、それは我々が絶対的な知識を欠いているからではなく、自然のいくつかの側面が、まさにその中心で偶然の法則に支配されているからです。「
* 上のほうにある、象徴的なグラフィック デザイナーであるピーター・サヴィルがイギリス版のために作った豪華な本のジャケットが、Amazon やアメリカの書店で見るものと一致しないことを不思議に思っているなら、それは、またしてもアメリカの表紙が、おぼろげで希薄で、必須の猫で彩られてしまったからなのです。 そう、アメリカの出版社は、アメリカ人をバカにしているのでしょう。