ネルギス・マヴァルヴァラ博士は初の重力波を検出した。彼女の研究はそれだけにとどまらない

「これらすべてはどこから来たのですか？どのように始まったのですか？」

これらはネルギス・マヴァルヴァラ博士が宇宙について問うている疑問です。伝統的な意味での人生の意味ではなく、むしろ私たちの周りのすべてのものがどのようにして生まれたのかという問いです。これらは誰もが抱く疑問ですが、マヴァルヴァラ博士にとって、その答えを見つけることは人生の仕事です。それが彼女が物理学者になった理由です。

「これらの疑問の答えは、ほとんどが地球の外、太陽系の外にあることに気づき始めました」と彼女は説明する。「本当の答えは宇宙にあるんです。それが私が天体物理学に興味を持つようになったきっかけです。」

MIT 理学部の学部長として、マヴァルヴァラ博士は日々の職務で手一杯ですが、それでも彼女の一番の愛である物理学に費やす時間があります。

ブラックホールはあなたが思っている以上に重要

「宇宙を見つめるとき、人類や知的生命体が何千年にもわたって集めてきた宇宙に関する情報のほぼすべては、光を通して得たものです」とマヴァルヴァラ博士は言います。しかし、ブラックホールは光を与えてくれないと彼女は指摘します。それがブラックホールを理解するのを難しくしているのです。「ブラックホールは、光でさえその重力から逃れられないほどの重力を持つものの好例です。では、そのような天体をどのように研究するのでしょうか？」

答えは、重力波です。

「約100年前、アインシュタインは私たちにその手がかりを与えてくれました。それは、重力波と呼ばれる物体の存在です。重力波とは、物体の重力によって放出される波のことです」と彼女は説明します。「重力波は非常に質量が大きく、運動しているため、時空自体に波動を引き起こすのです。」

マヴァルヴァラ博士を惹きつけたのは、時空のこうした波紋であり、その背後にある科学と、それを検出するために構築しなければならないテクノロジーの両方でした。

「宇宙がどのようにして誕生し、なぜ私たちが今見ているような宇宙なのかという問いに答えたいなら、ブラックホールのようなものを理解しなければなりません」と彼女は言います。「ブラックホールは宇宙の重要な構成要素です。私たちの周りの世界の全体像を知りたいなら、自然が与えてくれるあらゆるメッセンジャーを活用する必要があります。重力波も光も、まさにそのようなメッセンジャーの一つです。」

LIGOによる重力波の検出

マヴァルヴァラ博士のキャリアの大部分において、これらの重力波（ブラックホールなどの巨大な物体の衝突によって生じる時空のさざ波）は理論上のものでした。

「1990年代初頭、MITの大学院生だった頃、LIGOに携わりました」とマヴァルヴァラ博士は、米国のレーザー干渉計重力波観測所（LIGO）を指して語る。「LIGOに取り組んでいたチームは、いわば寄せ集めの夢想家集団と見られていました」。彼女の博士課程の指導教官でノーベル賞受賞者のライナー・ワイス博士は、このプロジェクトの創始者の一人だったが、大学院時代の同僚の多くは、彼女にこの道に進むべきではないと警告した。当時、重力波が存在するかどうかさえ議論されていたのだ。「一種の異端児的な科学でした」と彼女は説明する。「そして、ある意味、それが魅力の一部だったと言えるでしょう。これほどあり得ない研究に携われることが」

マヴァルヴァラ博士はMITで博士号を取得後、LIGOでポスドク研究を行い、研究者として活動を続けた後、MITに戻って教授に就任しました。輝かしい経歴の中で、マッカーサー財団「天才」賞やラホール技術賞など、数々の権威ある賞や助成金を受賞し、2014年にはLGBTQ科学者オブ・ザ・イヤーに選ばれました。

しかし、2015年9月14日、すべてが一変した。3,000キロメートル離れたLIGOの重力波計が、初めて重力波を検出したのだ。マヴァルヴァラ博士が最初に感じたのは何だっただろうか？「純粋な懐疑心でした」と彼女は笑いながら言う。「まさかこんなものじゃない！」

科学者たちは、発見に歓喜し、検出が正当であると確認するまでに、多くの検証を経なければなりませんでした。「陶酔感と恍惚感はゆっくりと始まりました」と彼女は言います。「コンピューター画面にシンボルを見た瞬間のような感覚ではありませんでした。『わあ、これは何かの手がかりになるかもしれない』と思ったのですが、すぐに『あらまあ、違う』と気づきました。『確認してみよう』と」

若者と働くことは重要

MIT理学部の学部長として、マヴァルヴァラ博士は管理上の責任を多く負っていますが、学問の世界の一員であることを楽しんでいます。彼女にとって鍵となるのは若者たちです。「偉大な科学的発見は、銀髪の細身の科学者によって成し遂げられるという考えがあります。しかし、これらすべての科学的発見を可能にしているのは、若者たちの努力なのです。」彼女は学生たちに、飛び込むことを恐れてはいけないことを知ってほしいと願っています。

「他のどんな環境とも違って、大学にいることの喜びの一つは、教えることだと思います」と彼女は思いを巡らせます。「活発な研究グループを運営しているので、学生と直接会う機会はありますが、教えることが恋しいのは確かです。」

マヴァルヴァラ博士の研究は、常に重力波の検出に必要な計測機器の開発に焦点を当てており、現在も研究グループでその研究を続けています。最近では、量子力学が重力波検出の感度にもたらす複雑さに焦点を当てています。「量子力学は私たちに非常に奇妙なことを教えてくれます」と彼女は説明します。「量子力学の奇妙な点の一つは、自然界では特定の量を非常に正確に測定できないということです。私のグループの研究は、その限界をいかに回避するか、つまり自然界が課す限界をいかに操作するかに焦点を当てています。」

「とても楽しかったです」と彼女は笑顔で言う。

問いを投げかけることこそが、マヴァルヴァラ博士の日々の仕事の核心です。「私たちのすべての活動の原動力となっているのは、とてもシンプルな疑問です。それは、『どうすればより感度の高い重力波検出器を作れるか？』ということです」と彼女は説明します。「検出器の感度が上がれば上がるほど、より遠くにあるより微弱な天体を観測できるようになりますよね？それが私たちのモチベーションなのです。」

「この問いは、私たちを多くの興味深い技術的道へと導いてきました」と彼女は言う。「行き止まりになるものもあれば、そうでないものもあります。すべてのアイデアがうまくいくわけではない、それが科学の素晴らしさなのです。」

質問することが科学の鍵

疑問を持つこと、懐疑的であること、そして失敗を受け入れること。こうした考え方は、マヴァルヴァラ博士が科学者として自らを捉える上で中心的なものです。「懐疑心はおそらく最も重要な部分だと思います」と彼女は説明します。「懐疑心は、私たちが最も重要な疑問を問うのに役立ちます。画期的な進歩を遂げるたびに、それは既存の世界秩序に疑問を抱いたからこそでしょう？そして、失敗もまた重要です。失敗を好む人なんているでしょうか？しかし、失敗は避けられないものです。」

もう一つ重要な点がある。「私たちの発見の旅は決して終わらない」と彼女は言うが、それは哲学的な意味ではないと付け加える。「具体的に言えば、新しい発見をするたびに、私たちはただ次の一連の疑問を問いかけているだけです。LIGOを見れば、太陽質量のブラックホール30個が衝突するという最初の発見の瞬間が分かります。その発見の歓喜の後には、現実が目の前に立ちはだかります。私たちは自然がどのようにしてこれほど巨大なブラックホールを作るのか理解していません。この二つのブラックホールはどのようにして互いに周回し、衝突するのでしょうか？どのようにして誕生するのでしょうか？私たちはそれらの生涯の最後の1秒を目撃しました。残りの人生はどのようなものだったのでしょうか？どのようにして誕生したのでしょうか？」

「これらすべての疑問は、たった一つの観察から生まれたんです」と彼女は言う。「あらゆる大きな発見にも、日々の仕事にも、同じことが当てはまる気がします」

「決して完成しないのです。」