目次

はじめに

Chapter１　宇宙は何でできているの？ ── 君はすごく珍しくて特別だ

Chapter２　ダークマターって何？ ── みんなその中を泳いでいる

どうしてダークマターがあるってわかるんだろう？
　　１．銀河の回転
　　２．重力レンズ
　　３．銀河の衝突
ダークマターについてわかっていること
物質はどうやって作用しあうのだろう？
　　重力
　　電磁気力
　　弱い核力
　　強い核力
ダークマターはどうやって作用しあうんだろう？
どうやったらダークマターを調べられるんだろう？
どうしてダークマターが大事なの？

Chapter３　ダークエネルギーって何？ ── 膨張する宇宙で頭も爆発

膨張する宇宙
宇宙が膨張しているってどうしてわかるの？
宇宙のパイチャート
ダークエネルギーとは何なのだろう？
未来はどうなるの？

Chapter４　物質のいちばん基本的な部品は何？ ── いちばん小さいかけらのことは

ほとんどわかっていない
素粒子の周期表
何のためにあるの？
素粒子の質量のパターンは？
電荷が分数ってどういうこと？
ほかにも素粒子はあるんだろうか？
物質のいちばん基本的な部品は何だろう？

Chapter５　質量の謎 ── 重い疑問に軽く触れてみよう

中身の中身
とりわけわけのわからないわけられぬ素粒子の質量
ヒッグスボソン
重力質量
２種類の質量は同じ？
重い疑問

Chapter６　どうして重力はほかの力とこんなに違うの？ ── 小さな重力の大きな問題

重力は弱い
量子の謎
重力子 ── 素粒子？ それともマンガの悪役？
ブラックホールコライダー
現実的になって、ブラックホールに行ってみよう
それはあきらめよう
重力は特別かもしれない
何がわかるんだろう？

Chapter７　空間って何？ ── どうしてこんなに場所を取るの？

空間、それはものである
そんなものが存在するんだろうか？
どっちが正しいの？
空間のネバネバの中を泳ぐ
うさんくさいなあ。本当なの？
曲がった空間のことをまっすぐ考える
空間の形
量子的な空間
空間の謎

Chapter８　時間って何？ ── 時間は（正体がわからないけれど）欠かせないものだ

時間の定義
そろそろ教えてよ。時間って何？
まだちょっとわからないよ！
時間は４つめの次元である（本当に？）
疑問１：時間は空間とどこが（どうして）違うのだろう？
疑問２：時間をさかのぼることはできる？
疑問３：どうして時間は前にしか進まないの？
エントロピーを手掛かりに時間を理解できるのか？
時間と素粒子
疑問４：誰でも同じふうに時間を感じるの？
疑問５：時間はいつか止まるんだろうか？
話を終わらせる時間だ

Chapter９　次元はいくつあるの？ ── 新しい方向に無知を広げる

次元って何だろう？
次元は４つ以上ありえるんだろうか？
どうやって４次元で考えるか
どこにあるの？
ほかの謎も解けてしまうんだろうか？
新しい次元を探す
ぶつけてしまおう
余計な次元があるとほかにどんなことが起こるの？
弦理論
新しい次元を丸める

Chapter 10　光より速く進むことはできる？

宇宙の制限速度
だからどうしたの？
もっと不思議になっていく
歴史は過去のもの
因果律が崩れる
局所性と因果性
でもどうしてこの速さなの？
過去と未来
でもほかの星に行くことはできるかも
ワームホールは？
夢をあきらめるな
ミューオンはいつもやってる！
まとめ

Chapter 11　地球に超高速粒子を撃ち込んでるのは誰？ —— 宇宙には小さい弾丸が飛び交っている

宇宙線って何？
どこからやって来ているの？
どうやって見つける？
考えられる正体は何だろう？
　　超重ブラックホール
　　エイリアンの科学者
　　マトリックス
　　新しい力
　　昔ながらのふつうの物理
宇宙のメッセンジャー

Chapter 12　どうして僕らは反物質じゃなくて物質でできているの？ ── その答えは、尻すぼみの反クライマックスな展開にはならない

反物質の発見から、鏡粒子まで
反粒子の消滅
反人間
反物質の謎
どうしてこの宇宙は反宇宙じゃなくて宇宙なの？
　　考えられる理由その１
　　考えられる理由その２
でも反物質はどこかにあるかもしれない。
中性物質
どうしたら反物質を調べられるの？
奇妙な物質

Chapter 14　ビッグバンのとき何が起こったの？ ── で、それより前は？

ビッグバンのことがどうしてわかるの？
ビッグバンについて何がわかっているの？
大きな謎その１：量子重力
大きな謎その２：宇宙が大きすぎる
大きな謎その３：宇宙がなめらかすぎる！
ご大層な解決法
これで一件落着？
注意：ここから先は哲学みたいな話
何がインフレーションを引き起こしたの？
ビッグバンの前には何が起こったの？
　　１．「答えがない」っていうのが答え？
　　２．ブラックホールがずっと連なっているのかもしれない
　　３．繰り返しのサイクルがあるのかもしれない
　　４．宇宙はたくさんあるのかもしれない
ビッグフィニッシュ

Chapter 15　宇宙はどのくらい大きいの？ ── そしてどうしてこんなに空っぽなの？

宇宙での僕らの住所
どうしてこういう構造になったの？
重力 vs. 圧力
宇宙の大きさ
推測してみよう
　　無限の空間の中に有限の宇宙がある場合
　　有限の空間の中に有限の宇宙がある場合
　　無限の宇宙
どうして宇宙はこんなに空っぽなの？
サイズアップ

Chapter 16　万物理論はあるの？ ── 宇宙をいちばん単純に説明するには？

万物理論って何？
ずっとヒヒばっか
いちばん短い長さ
いちばん小さい粒子
いちばん基本的な力
万物理論にたどり着くまであとどのくらい？
重力理論と量子力学を結びつける
万物理論ができたかどうかどうしたらわかるの？
万物理論に近づく
　　弦理論
　　ループ、ループ
役に立つの？
何が何でもToE？

Chapter 17　宇宙で僕らはひとりぼっちなの？ ── どうしてまだ誰も来てくれないの？

どこかにいるのかな？
恒星の数（ｎ恒星）
生命に適した惑星の数（ｎ惑星　×ｆ生存可能）
生命が棲んでいる惑星の数（ｆ生命）
知的生命が棲んでいる惑星の数（ｆ知的生命）
高度な通信技術を持った文明の数（ｆ文明）
僕らと同じ時代に生きている確率（L）
じゃあエイリアンはどこにいるの？
みんなどこにいるの？
彼らから物理を教われるだろうか？
僕らはひとりぼっちなんだろうか？

「まとめ」みたいなもの ── 究極の謎

検証可能な宇宙

謝辞

参考文献 ── どうやったらわかるの？ もっと知るためには何を見たらいいの？

著者

ジョージ・チャム（Jorge Cham）
コミック・ストリップ（新聞、雑誌に掲載される複数コマのマンガ）の描き手であり、“Piled Higher and Deeper”（『PHDコミックス』）を18年以上描きつづけている。この作品のウェブサイトは、2008年以降で累計5000万以上の閲覧回数を、年間読者数は700万人を誇る。作品はニューヨーク・タイムズ、ワシントン・ポスト、アトランティック、サイエンティフィック・アメリカンなどの紙誌にも掲載されている。スタンフォード大学でロボット工学のPh.D.を取得し、カリフォルニア工科大学で教員を務めていたこともある。

ダニエル・ホワイトソン（Daniel Whiteson）
ペンシルヴァニア大学などを経て、現在はカリフォルニア大学アーヴァイン校の実験素粒子物理学教授。かつてはシカゴ近郊にあるフェルミ研究所の陽子＝反陽子コライダーで実験をおこない、現在は全周27キロメートルの円形加速器・大型ハドロンコライダー（LHC）で知られるCERN（欧州原子核研究機構）でも研究をおこなっている。2016年１月には、チャムと協働して、PBS（米国の公共放送サービス）で科学についてのコミックスや動画をオンエアし、100万以上のPVを獲得。２人を指して「世界最高の先生」との呼び声高い。

訳者

水谷淳（みずたに・じゅん）
翻訳者。主に科学や数学の一般向け解説書を扱う。主な訳書にジェイムズ・バラット『人工知能　人類最悪にして最後の発明』（ダイヤモンド社）、イアン・スチュアート『数学の秘密の本棚』、ジム・アル＝カリーリ、ジョンジョー・マクファデン『量子力学で生命の謎を解く』（ともにソフトバンククリエイティブ）、レナード・ムロディナウ『この世界を知るための　人類と科学の400万年史』（河出書房新社）、ユージーン・E・ハリス『ゲノム革命 ── ヒト起源の真実』（早川書房）などがある。