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研究について話す名古屋大特任教授の小澤正直氏＝９月、名古屋市（写真：産経新聞）
　今年のノーベル物理学賞の受賞研究となった重力波の検出。米国の観測施設「ＬＩＧＯ（ライゴ）」チームによる歴史的な偉業を理論面で支えたのは、数学者で名古屋大特任教授の小澤正直氏（６７）だった。
　重力波の直接観測は、アインシュタインが残した「最後の宿題」といわれる。小澤氏は１９８０年代に当時の物理学界の「定説」を覆し、宿題の解き方を理論的に示した。
　アインシュタインの一般相対性理論では、質量がある物体が存在すると時空のゆがみが生じ、物体が運動すると時空のゆがみはさざ波のように、光速で宇宙空間を伝わっていく。
　ただし、遠い宇宙から地球に届くさざ波はとてつもなく小さく、地球と太陽の距離に対して水素原子１個分ほどのかすかな変化を捉えなければならない。
　ＬＩＧＯチームは、ブラックホールの合体によって１３億年前に発生した重力波の検出に成功したと、昨年２月に発表した。レーザーの干渉を利用してかすかな距離の変化を検出する巨大な観測装置が、ついに時空のさざ波を捉えたのだ。
　数学者である小澤氏による理論的な裏付けがなければ、重力波の直接観測は大きく遅れただろう。３０年ほど時を遡（さかのぼ）る。
　８０年代半ばまで、ドイツの物理学者ハイゼンベルクが提唱した量子力学の「不確定性原理」から導かれる観測精度の限界（標準量子限界）があると信じられていた。ＬＩＧＯが採用した干渉計型の装置では重力波観測は不可能だとする考えが、当時の物理学界の圧倒的主流だった。

　「その問題は、すでに私が解決済みだ」

　８６年、東京で開催された国際会議で小澤氏は手を挙げた。「干渉計型でも観測精度の限界を破る方法があるはずだ」と主張する米国の研究者の講演後のことだ。

　■干渉計型に道筋

　小澤氏が８４年に発表した量子測定に関する数学理論「小澤の定理」を重力波の観測に当てはめると、干渉計型で標準量子限界を確かに破ることができると、表明したのだ。
　はじめは懐疑的だった物理学者を数学的に厳密な理論で納得させ、観測限界をめぐる物理学の論争は８８年に完全決着した。
　９０年代以降に建設計画が加速した米国のＬＩＧＯ、日本の「かぐら」、欧州の「ＶＩＲＧＯ（バーゴ）」は、すべて干渉計型である。米国が先陣を切った重力波観測は今後、日米欧が競い協力しながら、光や電磁波では見ることのできない宇宙の姿や、強い重力が働く場での物理現象を解き明かしていくだろう。（論説委員　中本哲也）
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　「研究者冥利に尽きる」

　　小澤氏は重力波の観測方法を決定付けた「小澤の定理」を１９８０年に着想した。原子よりも小さい光子などの量子が測定された際の変化を数学的に記述したもので、重力波のことは全く頭になかった。
　当時は東京工業大の助手になったばかり。ひらめくとすぐに「これでうまくいける」と分かり、紙と鉛筆で式を書きまくって数学的な証明ができるかどうかを確かめた。半年ほどかけて何とか形にし、４年後に論文を発表した。
　量子の測定は光通信に欠かせないものだが、従来の理論は不完全だった。学生時代から関心を持ち続け、英オックスフォード大で著名な数学者に直接教えを請うなど、知見を積み重ねた上での成果だった。

　「必要な素材は全部、頭の中にそろっていた。機が熟していたのでしょうね」と振り返る。

　８０年代の半ばは、重力波の観測方法をめぐって２つの方式が国際的に争われていた。このうち干渉計型は装置を作りやすいが、測定の感度を引き上げるのが難しく不利な立場だった。
　だが、小澤氏の国際会議での発言をきっかけに形勢は逆転。米国の研究者が指摘した干渉計型に軍配が上がり、観測計画は一気に加速し、これがＬＩＧＯの建設につながった。

　「彼にとっては、孤立無援な所で強力な援軍が来た形。すごく喜んで、翌年の再会では礼を言われた」

　歴史的な大発見の陰の立役者となった小澤氏。「重力波という宇宙の謎が解けたことはうれしい。自分の理論が永遠に使われることは研究者冥利（みょうり）に尽きる」と静かに語った。（小野晋史）
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　■不確定性原理」の欠陥を証明

　小澤氏は重力波の観測方法を決定付けた理論だけでなく、量子力学を象徴するとされてきたハイゼンベルクの不確定性原理を表す不等式の破れ（欠陥）を正した「小澤の不等式」でも世界的に知られている。
　ハイゼンベルクの不等式は「物体の位置を正確に測ろうとすると、測定によって起こる運動量の乱れが大きくなる」ことを表す。測定誤差がゼロだと、運動量が無限大になるので、そのような測定はできないと考えられてきた。
　これに対して、小澤氏が２００３年に発表した不等式は、誤差ゼロの測定が可能であることを示す。
　量子の世界の「不確かさ」には測定に伴う誤差や運動量の乱れと、測定とは関係なく量子が本来的に持っている位置や運動量の「揺らぎ」がある。
　小澤氏は、２つの「不確かさ」がきちんと区別されないまま８０年にわたり定着していたハイゼンベルクの不等式の間違いを正し、完全な式を提示した。
　ひらめいたのは名古屋大教授時代の１９９８年夏。風呂上がりに思いつき、数時間かけて何十枚もの紙に数式を書き続けて導き出した。

　「これから大変だぞ。ハイゼンベルクの式ではなく、これが正しい式だと、どうやって認めさせようか」

　物理学の偉人に真っ向から挑む内容だけに、武者震いがしたが、迷いはなかった。助手時代に着想した自らの定理は正しさが広く認められ、今回の不等式はそこから数学的に導き出されていたからだ。
　「数学者の強みは、証明されたものを絶対に正しいと思えること。自信があった」と言葉に力を込める。
　ハイゼンベルクの業績を再確認しながら慎重に論文を書き進め、２００３年に発表。１２年には実験で正しさが証明された。
　大きく、重い世界の物理現象を記述する相対性理論と、小さくて不確かな世界の物理現象を記述する量子力学は、現代物理学の２本の柱だ。その両方の発展と理解に、小澤氏の数学理論は大きく貢献している。

　〈おざわ・まさなお〉　昭和２５年、東京都生まれ。東京工業大大学院理工学研究科博士課程修了。５４年、同大助手。米ハーバード大などを経て平成７年、名古屋大教授。１３年、東北大教授。２０年、名古屋大教授。２８年、名誉教授、特任教授。趣味はバロック音楽の鑑賞。
-産経新聞　10/8(日) 10:32配信 より一部抜粋-

アインシュタインの一般相対性理論の凄さが分かります
100年経って立証されつつあるのですから・・。
小澤正直氏にノーベル賞をあげてください！