よくある質問

実際に見学などで受けたご質問の中からお答えしています。

◇素粒子◇ ◇宇宙・原子核◇ ◇生命科学◇ ◇地球環境◇
◇数学◇ ◇計算機科学・スーパーコンピュータ◇ ◇その他◇

素粒子

Q 物質を細かく切っていくと、最後はどうなりますか。
A 顕微鏡で見られる最小の物質は原子です。原子の中心には原子核があって、そのまわりを電子がまわっています。原子核は陽子と中性子がぎゅっと詰まった状態にあり、それらは「クォーク」からできています。このクォークがいまのところ最も小さな単位で、「素粒子」と呼ばれています。クォークより小さい単位があるのかどうか、それはまだわかりません。世界中の素粒子物理学者が研究を進めています。

宇宙・原子核

Q ブラックホールについて教えてください。
A ブラックホールは、太陽のおよそ10倍以上の重い恒星が超新星爆発という大爆発を起こしたあとに残ったものが、自分自身の重力で押しつぶされて生成すると考えられています。事象の地平線であり、時間の遅れなど非常識なことが起こる不思議な天体です。質量、角運動量、電荷の3つの物理量だけをもつことができます。

Q 超新星爆発を見てみたい。
A 超新星爆発は、1つの銀河で数十年に1度くらい発生するといわれています。私たちの銀河系ではここ400年の間、出現していませんが、運が良ければ見ることができるかもしれません。とくに、オリオン座のベテルギウスは、いつ超新星爆発を起こしてもおかしくないと推測されています。

Q ダークマター(暗黒物質)やダークエネルギーの正体が知りたいです。
A 研究者もそれを知りたいと思って日々研究しているのですが、まだほとんどわかっていません。ただ、ダークマターは候補物質としてニュートリノや褐色矮星が挙げられるなど、手掛かりはあるのに対し、ダークエネルギーはまったくといっていいほどわかっていません。宇宙全体の物質(エネルギー)は、私たちが目にしている通常物質が4%、ダークマターが26%、ダークエネルギーが70%からなると見積もられています。

Q 重力を解明して制御したい。
A 重力の解明は、物理学の大きな課題です。自然界には4つの力、電磁気力、弱い力、強い力、そして重力があります。電磁気力と弱い力は理論が完成し、すでによくわかっています。強い力についても、量子色力学という理論が提案されていて、かなりわかってきました。残るは重力です。超弦理論(超ひも理論)などが提案されていますが、まだ解明には遠い状況です。

Q 宇宙に、地球と似た環境の惑星はあるのですか。また、生命体はいるのですか。
A 宇宙には太陽系と同じように、惑星を持った恒星系がたくさんあることがわかってきました。地球に似た「地球型惑星」も観測されつつあります。ただし、生命体が見つかったという報告はまだありません。

Q 天体までの距離をどのように測るのですか。地球から一番遠い星までの距離はいくらですか。
A いろいろな方法がありますが、わかりやすいのは三角視差法です。三角形の1辺の長さと2つの角度がわかると、残りの2つの辺と1つの角度がわかります。それを利用しています。現在までに観測された中で一番遠い天体は、131億光年の距離にあります。

Q 地球がいつまで存在するのですか。宇宙に終わりはありますか。
A 地球は、太陽の寿命が尽きるときに、一緒に死んでいくと予測されています。それは、数十億年後のことです。また、宇宙は膨張していて、その膨張速度は加速しています。これらは、観測によって明らかにされています。このまま膨張し続けるのであれば、宇宙は無限に広がり続けることになるので、宇宙に終わりはないことになります。

Q 宇宙の歴史を知りたい。
A 宇宙はビッグバンにより始まって、星が生まれて、星が集まって銀河になって今に至る。これが大まかな歴史です。この中で非常に重要なのが、最初の星(第1世代天体といいます)が生まれる前の時代です。研究者は、星や銀河が発する光を観測することで宇宙の様子を観察しています。しかし、最初の星が輝き出す前は光が発せられていないわけですから、観測ができないのです。そこで計算機シミュレーションが威力を発揮します。

Q ビッグバンはなぜ起こったのですか。いまビッグバンが起こったらどうなりますか。
A 空間(真空)のエネルギーが解放されて熱い宇宙を作ったと考えられています。今、宇宙全体が熱くなってビッグバンを起こすことはありません。現在、宇宙は暗黒エネルギーによって加速膨張しているようです。

Q 宇宙は膨張しているとのことですが、収縮もあるのですか。
A 我々の住んでいる宇宙が膨張していることは、観測によって示されています。また、今後膨張し続けることも観測によってわかってきました。今後、収縮に転じるかどうかはわかりませんが、その可能性は低いと考えられています。一方、我々の住む宇宙とは別の宇宙があるとしたら、膨張から収縮に転じることも理論的にはありえます。

Q 宇宙が膨張しているのであれば、星のような原子のかたまりは無くなってしまうのではありませんか。
A 時間とともに宇宙全体の“平均的な”物質の密度は下がっていきます。しかし、実際には物質の分布にムラ(密度揺らぎ)があるため、密度の減少よりもより早く物質同士が重力などで結びつくことができる場所もあります。宇宙膨張に打ち勝って物質が集まり、星や銀河が生まれた場所で、われわれ人類も誕生したのです。

Q 宇宙のむこうには何があるのですか。
A 観測はできませんが、理論的には我々がいる宇宙と同じような空間が広がっていると考えられています。

生命科学

Q ゲノム創薬とスーパーコンピュータはどんな関連性がありますか。
A 創薬は、これまで動物や人間に実際に試してみて効果を測るという作業を繰り返すことで、行われてきました。しかし、これではお金も時間もかかります。そこで、ゲノムを解析することで、病気に効く薬の成分を調べようという試みが始まりました。その解析にはスーパーコンピュータが使われます。

Q 生物内での反応機構の研究をしてみたい。
A いまはまだほんの一部の現象しか研究できていません。10年後、20年後には性能が桁違いに向上したスーパーコンピュータで、扱える現象が大きく変わっているかもしれません。

Q 地球上の生命体はほとんどL型アミノ酸で構成されているとのことですが、D型アミノ酸は宇宙空間に存在するのですか。もし存在していないなら、なぜD型があるとわかったのですか。
A 存在しています。地球に降ってくる隕石を分析したところ、L型アミノ酸はD型アミノ酸よりも割合が多いことが報告されています。宇宙空間(太陽系や地球近く)ですでにL型とD型のアミノ酸の存在比率に偏りができていて、それが原因で、地球上の生命はL型だけを用いるようになったと考えられています。

地球環境

Q 確実な天気予報はできますか。
A まだ確実な予報はできていません。現在の的中率は、24時間後で8割くらいです。天気予報では、まず、現在の各地の温度・気圧や雲のデータなどをスーパーコンピュータに入力してシミュレーションします。その結果をもとに、気象予報士が予報を出します。このとき重要なのは、明日の天気予報は今日中に出さなければならないことです。時間をかけて緻密な計算をすればシミュレーション結果はより正確になるのですが、明日の天気予報を出すのに1000時間も1万時間もかかっていては意味がないのです。気象学者たちは、コンピュータの性能や計算方法の向上などで、より正確な予測を短い時間でできるように、日々研究を続けています。

Q ゲリラ豪雨や台風の発生の予測、回避。
A 台風の進路や勢力の予測はされています。一方、ゲリラ豪雨の発生を正確に予測することは、まだできていません。

Q 大地震の起こる確率が知りたいです。
A いま、たとえば「今後30年間に70%の確率で起こる」という言い方がされています。現在の地震学ではそれが限界です。今後、どれだけ正確に予測ができるか、それは研究の進展を待たなければなりません。また、“いつ”起こるのかと同じくらい重要なのが“どこで”起こるかです。こちらもまだ大雑把なことしかわかっていません。

Q 正確な地震・津波速報が欲しい。
A 地震や津波の予測は困難です。予測ができたとしても、その情報を即座に広める手段を作っておくこと、情報を受け取った人が身の安全を守れるよう訓練をすること、などが必要です。

Q もし東日本大震災のような大きな地震が関東でおきたら、どのくらい大きな被害が出てしまうのか。
A これは非常に重要で、深刻な問題です。日本政府や東京都などがいろいろなシミュレーションを行って被害予測を出しています。しかし、東日本大震災のように、想像をはるかに超えてやってくるのが自然災害です。どんな大きな被害であっても対応できる準備と心構えが必要です。

Q 人工物が地球からすべて消えたときのシミュレーションをしてみたい。
A すでに行われています。地球温暖化は、人類が排出したCO2が原因だといわれています。それが本当かどうか、本当だとしたらCO2のせいで何度上昇したかを確かめるには、もし人類がいなかったら地球の気温は何℃だったか、を調べる必要があります。

数学

Q 整数の謎を解いてみたい。完全数、友愛数、双子素数など。また、素数は本当に無限なのでしょうか。
A スパコンで整数の謎を解くのは難しいです。たとえば、素数が無限にあるかどうかを証明することはできません。また、すべての素数を見つけ出すこともできません。素数が無限にあることは、古代ギリシャのユークリッドによって証明されています。数学の証明は非常に厳密なもので、もしかして無限じゃないかも?ということはあり得ません。

Q わからない数学の問題をやってもらいたい。
A 数学の問題を解くことは大変ですが、じつはそれ以上に、問題を作ることのほうが難しいです。問題を設定し、解き方を考える。ここまでは人間が行います。スーパーコンピュータの出番はそれからです。

計算機科学・スーパーコンピュータ

Q スーパーコンピュータでできない計算はありますか。
A 計算式が書ければ計算はできます。しかし、その計算が何万年も何億年もかかるようだと、私たちの一生はせいぜい100年しかないわけですから、計算できないのと同じです。たとえば、スパコンは素因数分解が苦手です。現在でも、232桁の素因数分解に3年もかかります。

Q シミュレーションをするための計算式は、研究者本人が作製するのですか。
A もちろん本人が作製します。それこそが研究です。ただし、闇雲に計算式を作るわけではなく、宇宙のことを知りたいなら重力方程式を、気象のことを知りたいなら流体方程式を基本にして、研究者なりにアレンジします。

Q スーパーコンピュータにはどうやって入力するのですか。
A 研究者が各自で持っているパソコンから入力します。それぞれのパソコンはネットワークを介してスーパーコンピュータにつながっており、さまざまな命令を下すことができます。

Q 計算結果をいつ知ることができますか。
A すべての計算が終わった後にはもちろん知ることができますが、途中経過を知ることも可能です。

Q 計算途中でスーパーコンピュータが壊れたらどうなるのですか。
A ネットワークでつながっているうちの1台でも壊れたら、計算は破綻します。そのため、定期的にデータを書き出すようにしています。万が一スーパーコンピュータが壊れても、壊れる直前のデータから計算を再開することができます。たとえば1~2時間に1回ずつデータを書き出すようにしておくと、故障が起こっても1時間程度やり直せば済むことになります。

Q 答えが正しいとどう判断するのですか?
A 2通り以上の計算方法で検算をします。たとえば、2+2+3+3+2と2×3+3×2を比べてみるのと同じです。

Q スーパーコンピュータの使用は、順番待ちになったりするのでしょうか。
A なります。長いときは数週間待つこともあります。

Q スーパーコンピュータの計算速度に一番効いてくるのは何ですか。
A 「並列」をどれだけ活かせるかです。スーパーコンピュータは、たくさんのコンピュータをつなげたもので、計算を“振り分け”て実行するのが特徴です。この「振り分け」の仕方によっては、計算速度が10倍くらい簡単に変わってきます。計算科学の研究者は、どれだけ効率よく並列計算できるかに、知恵を絞っています。

Q スーパーコンピュータ開発と計算は同じ人がやるのですか。
A どちらも最先端の高度な内容を扱っているので、同じ研究者・技術者が行うことは、まずありません。だからこそ、スーパーコンピュータ開発者と計算科学研究者の協力が欠かせません。計算科学研究センターは、1992年の設立当初から、両者の協力関係を築いてきました。

Q スーパーコンピュータは全部で1台なのですか。
A 1台のスーパーコンピュータではありますが、分割して使用することもできます。実際には、分割して利用することが多いです。

Q ノードとはなんですか。
A 「ノード」は「台」とほぼ同じ意味です。2560ノードは、コンピュータが2560台あると考えてください。

Q なぜコンピュータをつなげて並列にすると計算が速くなるのですか。つなぐコンピュータのノード(台)数が増えれば増えるだけ計算のスピードは早くなるのですか。
A たくさんある計算を割り振って同時に計算できるからです。つなぐ台数(並列度)が増えれば早くなります。しかし、ノード間の通信の高速化を図る必要がありますし、台数が多ければ多いほど故障する可能性が高まります。今の技術では10万台が限界といわれています。

Q 計算性能は何を基準に計っているのですか。
A 性能は「LINPACK」というソフトウエアを使って測ります。スパコンの世界ランキングに載るためには、このLINPACKでのテストが必要です。

Q 今のスーパーコンピュータの限界はどこですか。
A 2011年11月に、理化学研究所のスーパーコンピュータ、京速コンピュータ「京」が、演算性能の世界1位にランキングされました。演算能力は、1秒間におよそ1.05京回(京は兆の1000倍)です。

Q スーパーコンピュータの性能はどこまで上がるのですか。時間とお金さえあれば、もっと高性能のものを作れるのですか。
A 性能がどこまで向上するかはわかりません。次世代のスーパーコンピュータは、京速コンピュータ「京」の約100倍の性能を目指しています。また、時間とお金があればもっと性能の高い物は作れますが、どちらも無限にあるわけではないので、できることから一歩ずつやっていくことになります。

Q スーパーコンピュータはずっと稼働し続けているのですか。
A 24時間運転が基本です。途中で止めると故障が起こりやすいので、定期点検や何か事故が起こった時以外は運転しています。

Q スーパーコンピュータで計算するときの使用言語は何ですか。
A FORTRAN(フォートラン)やC言語などを使ってプログラムを書いています。

Q スーパーコンピュータのつくり方
A CPU、メモリなどの部品を集めて組み立てるところは、普通のパソコンとそれほど変わりありません。ただし、並列型スーパーコンピュータはネットワークが大事です。スーパーコンピュータのラックの中に色とりどりのケーブルがたくさん刺さっていますが、これを1本も間違わず、正確につなげる必要があります。気が遠くなるような作業です。

Q 普通のパソコンで数時間かかるような処理がどれくらいで行えるのですか。
A スーパーコンピュータは普通のパソコンの約1000倍以上の計算能力をもっていますので、だいたい10秒くらいです(1時間は3600秒なので、数時間だと10000秒です)。

Q 使わなくなったスーパーコンピュータはどうするのですか。
A 廃棄します。リサイクルに回せるものは回します。

Q スーパーコンピュータは1台いくらですか。
A 定価はありません。現在主流のスーパーコンピュータでは、数億円から数百億円程度です。

Q 造るのにどのくらいの時間がかかりますか。
A 計画段階から数えると10年程度かそれ以下です。

Q スーパーコンピュータの電気代はいくらですか。
A 計算科学研究センターにあるスーパーコンピュータは、一般家庭の数百世帯分の電力が必要になります。温度と湿度のコントロールが重要なため、天候によってかなり変動があります。たとえば猛暑があった年は、それだけ電気代が高くなります。

その他

Q スーパーコンピュータを使ってゲームをしてみたい。ゲームを作ってみたい。
A ゲームはグラフィックや音楽を含めた総合作品です。スパコンは計算が得意ですが、その他の機能はあまり強くありません。あまり面白いゲームは作れないと思います。

Q 絵を描いたり、彫刻をさせたりしてみたい。
A できると思います。しかし、芸術は、人間の感情が入っているからこそ価値があるので、スパコンが人間からの命令を受けずに描いたり刻んだりしたものに対し、人間が芸術性を感じ取れるかどうかはわかりません。

Q 人間の脳を解明してみたい。人工知能を作ってみたい。
A 脳は、つい最近までまったく未知の世界でした。ここ十数年で脳の研究はめざましく進歩していますが、それでもまだ「ほとんどわかっていない」といっていい段階です。解明には人類の英知を結集させる必要があります。人工知能の研究はずいぶん長い間続けられています。しかし、完成するのは当分先のようです。あるいは、原理的に作れないという科学者もいます。

Q 心や感情の計算。
A 心とは何でしょうか? 単なる脳内の電気信号の積み重ねでしょうか? それがわからないと計算できないので、まず心とは何かを探ることが重要です。しかしそれは、非常に難しいことです。現代の科学では出来ていません。

Q 自分の代わりにテストで速く問題を解いてほしい。
A スパコンを使えるくらい勉強したら、テストも100点だと思います(笑)

Q 宿題を人間のように間違いをしつつやってもらう。
A これはコンピュータにとって非常に難しい問題です。コンピュータは間違いを犯しません。答えが出なかったり間違っていたりするときは、必ずコンピュータを使っている人間が間違いを起こしているのです。また、「間違える」とはどういうことでしょう? 正解を知っているから間違えることができるのですよね? だとしたら、正解を導き出したうえで、間違った答えを出すことになります。そんな無駄なことをコンピュータにさせる余裕は、残念ながらありません。

Q フェルマーの最終定理、アインシュタインの相対性理論の証明をしたい。
A 理論の証明は、スーパーコンピュータの得意とするものではありません。実際、どちらも人間の頭(理論)と実験で証明されています。ただ、証明するためにスパコンを補助的に使うことはあります。今後、スパコンにしかできない証明が出てくるかもしれません。

Q ハッキングしてみたい。
A ハッキングをするためには、コンピュータやネットワークのことを熟知していなければなりません。相当な勉強が必要です。しかし、たくさん勉強すると、ハッキングのような犯罪をするのがバカバカしく感じられるでしょう。人類の役に立つ新たな製品を生み出す方が断然面白いと気付くはずです。

Q タイムマシンを作りたい。
A 残念ながら、理論的に作れないとされています。理論的に作れるとわかれば、スーパーコンピュータを使って設計することもできるかもしれません。

Q 株価の上下を計算で予測する。
A これが可能になればお金儲けができるかもしれないのですが、まだだれも成功していません。株や為替の予測はあまりに複雑な現象だからです。経済学者のがんばりに期待しましょう。

Q 原子力の研究はどうなっていくのでしょうか。
A 原子力研究は、東日本大震災を境にまったく変わってしまうだろうといわれています。近い将来の最も重要なテーマは、原子炉をどうやって安全に廃炉にするかです。核廃棄物処理の問題もあります。

Q これからも日本のスパコンが1位をとりつづけてほしい。
A 高性能のスパコンを開発するには莫大なお金がかかります。1位を取り続けることは難しいでしょう。しかし、本当に重要なのは、性能が良いスパコンを作るだけでなく、それを使って素晴らしい研究成果を出すことです。そのために、計算科学研究センターの研究者たちは、日夜、研究を続けているのです。