| はじめに 11 |
| 第一部 空間とは何か 19 |
| 第一章 宇宙の実像を求める旅路 21 |
| 空間と時間‐古典物理学による捉え方 27 |
| 空間と時間‐相対性理論による捉え方 30 |
| 空間と時間‐量子力学による捉え方 33 |
| 空間と時間－宇宙論による捉え方 36 |
| 空間と時間‐統一理論による捉え方 41 |
| 物理学と人生の大問題「時間の矢」 48 |
| 宇宙を知ることと、人生の意味 49 |
| 第二章 バケツを使って宇宙を探る 53 |
| アインシュタイン以前にも「相対論」はあった 54 |
| ニュートンのバケツ実験と絶対空間 57 |
| 「空間とは何か」という問題の歴史 62 |
| マッハによるニュートンへの異議申し立て 66 |
| 物質があるから加速度がある－マッハの見解 74 |
| マッハVSニュートンの意外な決着 76 |
| 第三章 相対と絶対 79 |
| 「からっぽの空間」は本当にからっぽなのか 80 |
| アインシュタインが出した決定的な答え 86 |
| 特殊相対性理論は本当は難しくない 91 |
| バケツ問題にはどう答えたのか 97 |
| 「時空の断面」という考え方 99 |
| 時空の断面の角度 107 |
| バケツ問題を時空で考えるとどうなるか 111 |
| 重力はなぜ伝わるかという古い問題と、バケツ 116 |
| 重力と加速度の等価性 120 |
| 重力と加速度と時空の湾曲 126 |
| 一般相対性理論によるバケツ問題の答え 133 |
| 現在における時空の概念 137 |
| 第四章 非局所性と宇宙 141 |
| 量子力学によればこの世界は 143 |
| 量子力学の「非局所性」とはどういうことか 147 |
| 二重スリット実験の奇妙な結果 153 |
| 物理法則は根本から確率に支配されている 159 |
| アインシュタインと量子力学 165 |
| ハイゼンベルクの不確定性原理とは何か 170 |
| アインシュタインが攻撃した量子力学の「矛盾」 175 |
| 量子力学支持者はどう対応したか 181 |
| スピンを使ってアインシュタインを論破する 183 |
| 結果はあらかじめ決まっているのか 188 |
| 量子力学が本当に働いているかテストする 193 |
| ここまでのまとめと、実際の実験結果 195 |
| 非局所性は特殊相対性理論と矛盾しない 201 |
| しかしまだ問題は未解決だと考える人もいる 204 |
| 非局所性をどう受け止めればいいのか 209 |
| 第二部 時間とは何か 213 |
| 第五章 時間は流れない？ 215 |
| 日常経験のなかで「時間」が示す性質 216 |
| 特殊相対性理論はすべての時刻を平等に扱う 219 |
| 「過去、現在、未来」という区別は幻想である 223 |
| 科学は「現在」の特別さを捉えられない？ 236 |
| 第六章 時間の矢という問題 241 |
| 時間の矢の何が不思議なのか 242 |
| 「ものごとは逆向きにも生じうる」と物理学は主張する 244 |
| 時間反転対称性とはどういうことか 245 |
| 「割れた卵も元通りになる」と物理学は主張する 250 |
| 原理的には可能、実際上は困難、ということ？ 252 |
| エントロピーとは何か 253 |
| エントロピーと熱力学第二法則、そして時間の矢 261 |
| エントロピーは時間の矢の問題を解決しない 265 |
| それとも私たちの記憶のほうが間違ってる？ 269 |
| 今日の宇宙のエント□ビーは低すぎる 272 |
| 統計的ゆらぎでは説明できないことが多すぎる 278 |
| 低エントロピーの起源はどこにあるか 281 |
| エントロピーの増大傾向を最大限に利用する力、重力 284 |
| 秩序の起源はビッグバンにある 289 |
| ではなぜ宇宙は低エントロピーではじまったのか 290 |
| 第七章 時間と量子 293 |
| 量子力学は過去をどう考えるか 294 |
| 同時に複数の歴史が生じ、未来に影響する 298 |
| 可能な選択肢のすべてが歴史に寄与する 301 |
| 歴史から選択肢を取り去るとどうなるか 305 |
| 過去に影響を与えることは可能？ 308 |
| 過去の行為をなかったことにできる？ 317 |
| 未来が過去を決定する？ 321 |
| 量子力学が結果的に日常世界と矛盾しない理由 329 |
| 量子力学の大問題「測定問題」と時間の矢 333 |
| 測定問題にたいするさまざまな解釈 336 |
| 「デコヒーレンス」で測定問題は解決する？ 343 |
| 量子力学と時間の矢 351 |
| 第三部 時空と宇宙論 357 |
| 第八章 対称性と時空 359 |
| 対称性から物理法則は生まれる 361 |
| 時間の進み方は宇宙のどこでも同じ 369 |
| 「宇宙の膨張」とは何が膨張したのか 374 |
| 宇宙の時間が均一なのは膨張が対称的だから 381 |
| 膨張宇宙を理解するときのよくある間違い 385 |
| 私たちの「対称な膨張宇宙」はどんな形か 388 |
| 「対称な膨張宇宙」の時空をイメージしてみる 396 |
| 宇宙空間が無限の広がりをもっていたとすると 404 |
| 宇宙論は対称性によって進展した 407 |
| 原注 445 |
| 「ザ・シンプソンズ」について 410 |
| 第三部 時空と宇宙論（承前） 11 |
| 第九章 ビッグバン直後 13 |
| 温度が変わると対称性も変化する 14 |
| 力の場、物質の場、ヒッグス場 18 |
| 宇宙が冷えてヒッグスの海ができた 20 |
| ヒッグスの海が質量を生み出している 27 |
| ヒッグスの海がない高温下では力は統一される 32 |
| 大統一理論の興奮とその後 36 |
| ヒッグスの海が存在する証拠を探す 39 |
| エントロピーと時間 42 |
| 第一〇章 ビッグバンとインフレーション 45 |
| アインシュタインの「宇宙定数」と斥力の重力 47 |
| 「過冷却ヒッグス場」は斥力の重力を生む 57 |
| 過冷却ヒッグス場とインフレーション理論 61 |
| インフレーション理論に関する二つの注意点 66 |
| インフレーションは地平線問題を解く 68 |
| インフレーションは平坦問題を解く 73 |
| 予測される宇宙の密度と観測値の差 78 |
| 目に見えない大量の物質「暗黒物質」 80 |
| 「減速パラメーター」で宇宙の物質総量を探る 83 |
| 暗黒エネルギーで宇宙の膨張は加速した 88 |
| 解かれた謎、新しい謎 91 |
| 第一一章 夜空に残るインフレーションの痕跡 93 |
| インフレーション前の量子ゆらぎが銀河を作った 94 |
| マイクロ波背景放射に残る量子ゆらぎの痕 99 |
| 宇宙は最初、一〇キログラムだった！ 102 |
| インフレーションが低エントロピー宇宙を作った 108 |
| 宇宙の膨張過程でエントロピーは減少したか 112 |
| インフレーション宇宙ではゆらぎが秩序を生む 116 |
| インフレーション理論による時間の矢の説明 121 |
| まだ残る謎 123 |
| 第四部 統一とひも理論 125 |
| 第一二章 宇宙は「ひも」でできているか 127 |
| 「真空」は量子ゆらぎで満ちている 131 |
| 量子ゆらぎは一般相対性理論を破綻させる 136 |
| それは問題なのか 140 |
| 解決の糸口を探る紆余曲折 145 |
| 第一次ひも理論革命 153 |
| すべての粒子はひもの振動から生まれる？ 156 |
| なぜひも理論はうまくいくのか 160 |
| ひもより小さいスケールを考える意味 162 |
| ひも理論でなければできないこと 165 |
| 粒子の性質はひもの振動パターンで決まる 168 |
| ひも理論は必要以上の種類の粒子を生む？ 172 |
| ひも理論はたくさんの空間次元を必要とする 177 |
| 追加された次元が隠れる場所はあるのか 180 |
| 隠れた次元の数を予測する理論 187 |
| 隠れた次元はどういう形をしているか 191 |
| 追加次元の形が物理法則を決める 193 |
| ひも理論が描き出す宇宙の基本構造 199 |
| 第一三章 宇宙は「ブレーン」のなかにあるか 201 |
| 第二次超ひも理論革命‐M理論の登場 203 |
| 五つのひも理論間の翻訳を使って問題を解く 207 |
| M理論は一〇次元の空間次元を必要とする 211 |
| ひもだけでなく膜もある可能性 213 |
| ブレーンワールド－私たちは膜のなかにいる？ 217 |
| ブレーンにくっついて振動するひも 220 |
| この宇宙がブレーンワールドか、調べられる？ 225 |
| 短距離での重力の振る舞いに手がかり？ 231 |
| 追加次元もひもも意外と大きいかもしれない 240 |
| ひも理論を実験で検証できる可能性 242 |
| ブレーンワールド宇宙論の誕生 245 |
| サイクリック宇宙論‐宇宙は生まれ変わる？ 247 |
| サイクリック・モデルの長所と短所 256 |
| 新しい時空観がもたらされるか 259 |
| 第五部 空間と時間への新たな挑戦 261 |
| 第一四章 実験と観測による挑戦 263 |
| 回転物周辺で空間自体が渦巻くことを検証 264 |
| 重力波を検出するさまざまな計画 268 |
| 追加次元を探す実験の数々 275 |
| ヒッグスと超対称性とひも理論の検証 280 |
| 数ある宇宙論シナリオのどれが正しいか 283 |
| 暗黒物質と暗黒エネルギーの正体を探る観測 288 |
| 空間と時間に関する思索 294 |
| 第一五章 テレポートとタイムマシン 297 |
| 量子力学でテレポーテーションを考える 298 |
| 量子エンタングルメントを使えばテレボート可能 305 |
| しかし現実的なテレポーテーションは可能か 311 |
| 時間旅行をめぐるパラドックス 314 |
| パラドックスは本当は存在しない？ 320 |
| 自由意志のパラドックスは多世界解釈で解決？ 326 |
| 過去への時間旅行を研究する物理学者たち 331 |
| ワームホール・タイムマシンの作り方 335 |
| ワームホール・タイムマシン建造の問題点 344 |
| 未来からの野次馬見物がなぜいないのか 347 |
| 第一六章 時空は本当に宇宙の基本構造か 349 |
| 空間と時間は別の「何か」でできている？ 350 |
| 量子世界の平均像としての時空 353 |
| 違う形の空間が同じ意味をもつ？ 356 |
| ブラックホールのエントロピーが示すヒント 360 |
| 宇宙はホログラムなのかもしれない！ 367 |
| 時空の存在そのものを導く理論は可能か 373 |
| やがて来る、時空の概念を変える発見 382 |
| 訳者あとがき 387 |
| さくいん 446 |
| 原注 437 |
| 「ザ・シンプソンズについて」 407 |
| 用語解説 406 |
| 参考図書 399 |
図書
