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2015年9月にロシアの宇宙飛行士であるゲンナジー・パダルカ氏は、「ISS（国際宇宙ステーション）」から地球に帰還しました。
このミッションは彼にとって6度目の宇宙滞在であり、地球大気圏外の累積滞在時間で879日という新記録を樹立しました。そして、地球の軌道上を高速で周回するISSで計2年半を過ごしたことで、パダルカはタイムトラベラーにもなりました。アインシュタインの一般相対性理論を身をもって体験したのでした。
「パダルカ氏が今回宇宙から帰還したとき、彼は44分の1秒未来の地球に来たことになります」、そう話すのはプリンストン大学の物理学者で、2001年の書籍『Time Travel in Einstein's Universe』（邦題『時間旅行者のための基礎知識』）の著者であるJ・リチャード・ゴット氏。さらに重ねて、「彼は文字通り、未来に降り立ったんです」とゴット氏は強調して語りました。
地球で過ごしていた場合よりも、コンマ数秒分若くなったということにそれほどの驚きはないかもしれません。ですがゴット氏によれば、それでもパダルカ氏は、現代のタイムトラベル記録を塗り替えたことになると言うのです。
名作『バック・トゥ・ザ・フューチャー』のデロリアンのような形ではありませんが、タイムトラベルはまったくのフィクションではないのです。ゴット氏のような天体物理学者たちの中には、タイムマシンの実現に関して確信をもっている人も少なくないのです。
そして、そこでその鍵となるのが、パダルカ氏のいた「ISS」の軌道周回速度をはるかに上回る強烈なスピードなのです。
タイムトラベル短期集中コース
20世紀までは、「時間」というものは完全に不変なものであり、タイムトラベルは科学的に不可能だと考えられていました。
アイザック・ニュートンは1680年、「時間は外部の力や場所の条件に関わらず、宇宙全体で一定の速さで流れる」と考えました。そしてその後、2世紀にわたって科学界はニュートンの理論を基礎としてきたのです。そこに、その後登場したのが26歳のアルバート・アインシュタインでした…。
アインシュタインは1905年、「特殊相対性理論」の論文を発表。その後、この枠組みを使って10年後に「一般相対性理論」をまとめました。
宇宙に関するアインシュタインの決定的な予想は多くのものをもたらしました。そのなかでも注目すべきは、「時間」に関係しているものです。もっとも注目すべきは、「時間は速度によって伸び縮みし、物体や人がどのくらいのスピードで動いているかによって、遅くなったり、早くなったりする」という考え方です。
1971年、科学者は4つのセシウム原子ビーム時計を旅客機にもち込んで世界を飛び回り、その後、地上に置いた時計と比較する実験を行いました。この結果、微小な時間差が生まれたことにより、アインシュタインの発見が正しかったことを証明したのです。また、あなたが使うスマートフォンのなかにも、アインシュタインの理論を立証するある技術が搭載されているのをご存じですか？
「アインシュタインの一般相対性理論がなければ、人間が使うGPSシステムは正常に動作しないでしょう」…そう話すのは宇宙物理学者で、書籍『Time Traveler: A Scientist's Personal Mission to Make Time Travel a Reality』（邦題 『タイム・トラベラー タイム・マシンの方程式を発見した物理学者の記録』）の著者であるロン・マレット氏。
「この事実も、アインシュタインの理論が正しいことの証明です」とマレット氏は言います。
伸びたり縮んだりするという時間の概念のほかにも、アインシュタインは光の速度を計算しました。秒速30万kmというこの数字を、アインシュタインは「究極の速度制限（ultimate speed limit）」と表現しました。人がベンチに座っていても、宇宙船で旅行していても、光速は不変と説明しました。
アインシュタインは時間の概念に関する理論の最後の部分で、「重力もまた、時間の流れを遅めている」ということを示唆しています。つまり太陽や木星、地球のような巨大な天体に囲まれた広大な空間のように、重力が弱い場所では時間が速く進むということになるのです。
あれから1世紀が経ち、これらのアインシュタインの理論はうまくまとめられ、現代の天体物理学の基礎となっています。そして、それは高度な数式たちに圧倒されることによって、多くの人が肝心なことに気づかないままアインシュタインの偉大さに酔いしれているのです。それは何かというと、アインシュタインはタイムトラベルが可能であることも証明していたということなのです。
素粒子タイムマシン
実際、「タイムトラベルは可能だ」という理論だけでなく、現時点で実現しているのです。とはいっても、よくあるSF映画のようなタイムマシンでのタイムトラベルのようなものではありません。
宇宙飛行士のパダルカ氏の話に戻りましょう。
彼のタイムトラベルは、44分の1秒未来というあまりに僅かなものでした。ですが、これはその速度がわずか時速2万7000kmほどだったためなのです。この数字は少なくとも光速に比べれば、あまり速いものとは言えません。ですが、人類が地球の静止軌道における衛星などの周回速度よりも、はるかに速い乗り物を作ることができたとしたら何が起こるでしょうか!? これは商用ジェット旅客機（時速800〜950km）、あるいは国際宇宙ステーション（ISS）へ向かうロケット（時速4万km）といった、現在目にすることができたり、またはそれを応用すれば容易く想像できたりする代物（乗り物）でもないことは確かです。光速（秒速30万km）に限りなく近い速度が出せる、それは何らかの乗り物なのです。
「素粒子レベルでは、これは実現しています。例としては、大型ハドロン衝突加速器があります。これは日常的に亜原子粒子を未来に送り出しています」と、マレット氏。
この加速器では、陽子を光に限りなく近い速度（99.999999%）にまで加速させることができるのです。そして、このときの陽子の相対時間は、静止状態の人間の観察者の時間に比べて6900倍ゆっくり動くわけです。ですから、人類はすでに過去10年間にわたって未来に原子を送り出してきたことになるのです。とはいえ、人間を未来に送り出すとなれば話は別…。
ゴット氏によれば、人類が亜原子粒子を日常的に光の速度近くまで加速させることができれば、概念上ですが、人間を未来へとタイムトラベルさせることはシンプルに考えられるだろうと言っています。
「西暦3000年の地球を訪れたければ、光の99.995％の速度が出せる宇宙船をつくり、それに乗るだけのこと」と、ゴット氏。
では、2018年の現在、人間がそのような宇宙船に乗って、500光年弱離れた惑星（たとえば「ケプラー186f」）に着陸したとします。このとき、彼らが光の99.995%の速度で旅をしたとすれば、もちろんこれはほぼ光速なので、およそ500年で着くでしょう。
その船内での人間の時間は、地球時間の100分の1
到着してちょっとした軽食を摂り、トイレに行った後に今度はUターンして地球に引き返します。このときも、かかる時間は同じ500年になるはずです。つまり、500光年先の惑星への行き返りで合計1000年かかるため、帰ってきたときの地球は3018年になっているはずです。
ですが、宇宙船は超高速で移動しているために、船内での時間はゆっくりと進むわけです。このため、船内で経過する時間は1000年ではありません。
「船内の人間の時間は、地球上の時間の100分の1で進むでしょう。ですから、彼らは10歳年を取るだけになるのです」とゴット氏。地球上では1000年経過するのに対し、光速で移動していた彼らにとっては、それが10年に短縮されるということなのです。
「もし地球から、彼らの様子を窓越しに見ることできたとしたら、信じられないほどゆっくりと朝食を食べる様子が見られることでしょう。ですが、彼らにとっては、すべてが普通なのです」とゴット氏は続けます。
ですが、理論と現実の間には大きな隔たりがあります。そこで、タイムマシンをつくるという途方もなく大きな技術的課題（難題とも言えます…）は、どのようにすれば解決できるのでしょうか…。
タイムトラベルの実現はそう遠くない
まずは、タイムトラベルが可能な宇宙船を作ることが、最適なスタート地点となるでしょう。
ですが、少なくとも現時点では、気が遠くなるほどの技術的な壁がここに存在するでしょう。そもそも現在の人類がもつ科学技術では、光速で移動できる宇宙船をつくることはまだまだ程遠い世界なのです。これまでにつくられたもっとも速い宇宙船といえば、「パーカー・ソーラー・プローブ」（2018年の夏、打ち上げが予定されているNASAの宇宙船）になる見込みで、この宇宙船でさえ最高速度は光速のたった0.00067%ほどなのですから…。
また、宇宙船をそれほどの速度に加速させるためには、膨大なネルギーが必要になるでしょう。ゴット氏は、高効率の反物質燃料がこの鍵になる可能性を指摘しており、各国の宇宙機関や科学者たちも、このような燃料が恒星間旅行において不可欠なものになると考えています。
ですが、このような未来的なミッションでは、人間の船室の安全性を確保することもおそらく容易なことでないのは確か…。そもそもこのような宇宙船には、食べ物や水、医薬品などの物資を十分に積載する必要があるでしょうし、旅の間中、自給自足できるものでなければなりませんので…。
そして、加速の際にも問題があります。
想定するタイムトラベラーが圧倒的な重力加速度に押しつぶされないためには、宇宙船は少しずつ加速する必要があるでしょう。1G（地球の重力）の加速度で、時間をかけて宇宙船を光に近い速度まで加速させることは可能です。しかし、これにより往復旅行にかかる時間はさらに伸びる可能性があることは想像できるでしょう。どこまで先の未来に行けるか、制限がかかることになるのです。
たとえば500光年先の惑星を例にとってみると、ゴット氏は1G加速で光速までスピードを上げた場合、タイムトラベラーが往復で24歳年をとることになると予想しています。
「それでも、西暦3000年代の地球を訪れることができるのは間違いありませんが…」とゴット氏は説明します。
このような性能をもつ乗り物をつくるためには、かなりの時間と資源、お金がかかることは確かです。とはいえ、「重力波を発見する」や「大型ハドロン衝突加速器をつくる」といった、途方もなく野心的な他の試みについてもこれと同じことなのです。タイムマシンの開発も、世界の次なる科学的大規模プロジェクトになってもおかしくはないはずです。
理論上の大きな注意点
ですが、この現実におけるタイムトラベルの理論的な想定には、1つ大きな注意点があります。
このタイムマシンは、過去に戻ることはできないのです。映画『ビルとテッドの大冒険』では、過去に戻ってソクラテスを現代に連れてくるシーンがあります。ですが、現実では過去に戻るためには物理学の法則を回避する方法を見つけることが必要となるのです。
ワームホールやブラックホール、宇宙ひも、回転する光線といった概念は、いずれも過去へのタイムトラベルを実現する鍵となる可能性があります。天体物理学者たちが取り組んでいる主な課題は、時空のある1点で光の速さを超えて過去に戻る方法を考え出すことです。
現代の物理学では光の速度は絶対的な最高速度なので、物理学者たちはワームホールのような現象の発見に力を尽くしています。これは歪んだ時空を飛び越えるトンネルのような近道であり、理論的には光の速度を超えて時空のどこか特定の点へ移動できるものなのです。
11ワームホールは、アインシュタインの相対性理論とも矛盾しません。ですが、まだ発見されてはいないのです。このような銀河系の近道が、実際に機能するかについての具体的な証拠は未だ何も見つかっていないのが現実です。
タイムトラベルの実現が可能!?
このため、過去へのタイムトラベルこそワクワクする概念ではあるものの、科学者たちのもっぱらの関心は、すでに多くの研究がある過去ではなく、知られざる未来へ人類を送り込むこととなっています。
予算的にも技術的にも、勝算の薄い賭けであることは間違いありません。ですが、マレット氏はタイムトラベルの実現が可能であると信じているのです。
「人類が月を目指したとき、起こったことを覚えているでしょうか。われわれは月へ行きたいと願いました。ケネディがこれを推し進め、適切な資金が集まり、10年以内に実現したわけです。現在の技術が着実に進化するならば、タイムマシンの実現も程遠いものではありません。政府や国民が、その資金を適切以上に投入することに関して同意すれば、今後20年で実現する可能性もあるのです」とマレット氏。
今のところタイムトラベラーになりたい人は、SF映画を観ることでタイムトラベル欲を満たすほかないでしょう。タイムトラベル映画はたくさんあります。ですが、マレット氏がその中でも描写が正確だと言うのは、オリジナルの『猿の惑星』であると言っています。
「この映画の宇宙飛行士は、猿が支配する地球ではない惑星に降り立ってしまったと考えました。ですが、彼らが最終的に発見したのは、自分たちが超高速で移動したため、未来の地球に着いてしまったということ。この映画は、アインシュタインの特殊相対性理論を正確に描いています」と、マレット氏は最後に締め括ってくれました。
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