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こんにちは、ようこそ。今日は大きな全体像について話し、世界の根本を何が支えているのかを考えます。ゲストは数学者で物理学者のサビーネ・ホッセンフェルダーです。彼女はYouTubeの解説動画で世界中の何百万人もの人々に影響を与えています。彼女は最も難しい問題に挑戦しています。例えば、ビッグバン以前に何があったのか、未来は今日すでに決まっているのか、そして最終的にはすべてが単なる物質なのか、などについて話さなければなりません。
ホッセンフェルダーさん、あなた個人にとって最も難しい問題、いわば「究極の問題」は何ですか？私にとっての究極の問題は、そもそもなぜ何かが存在するのかということです。古典的な問いですね。なぜ存在があるのか、なぜ無ではないのか。
答えはありますか？いいえ、申し訳ありませんが。番組の最後にこの問題に戻ってきましょう、そして全体の意味についての質問にも。
まず時間という現象について話したいと思います。私たちは美しいスタジオにいます。夜空の星のように見える美しい光があります。そこには興味深い現象があります。私たちが見る光は、太陽からは8分かかって地球に届きます。特定の星からは何年もかかります。私たちが見ている多くの星はすでに消滅していて、もう存在していませんが、その光はまだ私たちに届いています。不思議な話ですね。
そうですね、それは星だけでなく私たち二人にも当てはまります。あなたが私の声を聞くとき、それはもう「今」ではありません。あなたは常に私の過去の姿を少し見ているだけです。私たちが知覚するものは常に過去だけです。それ以外の方法はありません。アインシュタインが言ったように、光速が有限であることを考慮しなければなりません。そして光速は常に同じです。これが非常に重要で、あらゆる種類の複雑さにつながります。
これを理解する必要があります。今日は物理学と数学についてのお話なので、小道具を持ってきました。これは列車で、ここに懐中電灯があります。これが私たちの光源です。アインシュタインの特殊相対性理論によると、光の速度は常に一定で、光源の動きの速さに関係なく変わりません。この懐中電灯を列車に乗せて、列車が200km/hで前進するとしても、前方に出る光の速度は速くなりません。それは依然として光速のままです。
これは興味深いですね。通常、列車の中で立っていて、時速10kmのテニスボールを投げると、そのボールは時速110kmで飛んでいきます（列車が時速100kmで走っている場合）。速度は加算されますが、光ではそうなりません。
厳密には、それは真空中の光ですが、私たちは真空にはいませんが、幸いなことに。原則として、光速は常に光速であり、常に同じです。あなたが列車に座っていても、ここに座っていても、宇宙船に座っていても、どこであっても全く同じです。
しかし、なぜそうなのか理解できますか？厳密に言えば、列車の中でボールを投げて、その速度を足すとき、列車が時速100km（スイスではもう少し速いかもしれませんが）で走っていて、ボールを時速10kmで投げたとしても、厳密には110kmにはなりません。110と多くのゼロがあり、どこかの150桁目くらいに1があるかもしれません。日常生活ではそれに気づきませんが、光速はとても高いので、速度が単純に加算されないことが実際に測定できます。
1+1=2のように単純に足し合わせられない量があります。例えば、温度を考えてみてください。温度が10度のグラスと100度のグラスを混ぜても、110度の水は得られません。計算式がありますが、単純に足し算ではありません。速度もそれと同じです。
興味深いのは、光速が一定であるという事実から、時間に関する多くの結果があるということです。光は常に同じ速さを持っていますが、アインシュタインによれば、時間は相対的で、何かが動く速さや重力中心からの距離によって、その進む速さが変わります。これは単なる感覚ではなく、物理的な事実です。例えば、原子時計は、ロケットに乗せて地球を周回させると、実際に遅く進みます。
それは完全に正しいです。それは光速が一定であるという事実の結果です。私たちの空間と時間の概念と調和させるのは難しいものです。数学的なフレームワーク全体を開発する必要があります。それはアインシュタインが特殊相対性理論、そして一般相対性理論で行ったことです。そして時間の進む率は、私たちがどれだけ速く動いているかによって変わるという結論に達します。
ここで、私たちは現代物理学を見ています。そして「現代」といっても、相対性理論も空間が曲がっていることも、重力が一種の見かけの力であることなども、すでに100年前から知られていることです。量子力学についてもこれから話しますが、私たちが本当に理解していないすべてのことについてです。
あなたの素晴らしい本『原子だけではない』では、時間は実際には存在せず、私たちが経験するような形では流れていないと言っています。どうしてそのような結論に達したのでしょうか？
時間が存在しないとは言っていないと思いますが、私たちが直感的に理解している時間は実際にはそのように機能しないということです。私たちは現在の瞬間が、唯一の本当の瞬間であるような感覚を持っています。そのように感じますね。しかしアインシュタインの理論を真剣に受け止め、数学を見ると、それは意味をなさないという結論に達します。それは自然法則には反映されていません。
私たちが過去しか見ることができないという問題のため、この「今」の瞬間を再構築することはできません。数学的にはそれは不可能です。それはあなたがどれだけ速く動いているか、どこに向かっているか、どのように計算するかによって変わります。つまり、あなたの「今」の考えは私のものとは異なる可能性があります。
列車をもう一つ持ってきました。これが理解の助けになるかもしれません。時間だけでなく、「今」も相対的です。何が「今」起こっているか、何が同時に起こっているかは相対的です。二つの列車を使ってなぜこれが起こるのか説明できますか？
一つの列車で十分です。これはアインシュタインの思考実験です。あなたが丘の上に立っていて、列車が通過すると想像してください。あなたの友人が列車の中央に立っています。友人の真向かいにいるとき、ちょうど列車の両端で光が点灯します。あなたはここに立ってこれらの光を見ています。すでに言ったように、光速は常に同じです。これらの光は同時に見えますか？
列車が動いているか静止しているかは関係ありません。同時に点灯するので、私が中央に立っていれば同時に見えるでしょう。
そうですね、あなたが中央に立っていて、距離が同じであれば、同時に見えます。そして友人は中央に立っています。今、光がここから出発し、列車が動き続けるとき、友人は光を同時に見るでしょうか？光速は一定ですが、動きに関係なく。
わかりません。彼は一方の信号に向かって動いているので…
その通りです。光がここから出発して彼に向かってくるとき、もう一方は後ろから来ます。彼は同時には見ません。ここで質問できるのは、それらは同時だったのか、それとも同時ではなかったのかということです。
それは無意味な質問です。
正確です。観測者Aにとっては同時ですが、列車内にいて一方の光源に向かって動いている観測者Bにとっては同時ではありません。
これは同時性の相対性と呼ばれる非常に単純な例です。これが過去を現在や未来から区別できない問題の基礎です。ある人にとっては「今」であり同時であるものが、別の人にとっては過去または未来かもしれないからです。
星の例でも見たように、太陽に何かが爆発して、そこにいる人は今それを見ますが、私たちは8分後に見ます。それが過去なのか現在なのかは、あなたがどこにいるかによって変わります。
その通りです。しかしあなたが言いたいことは、「いつ見るか」と「いつ起こったか」という質問の違いですね。それは別の問題です。通常、私たちは同時に起こる出来事について話します。ある出来事ではなく二つの出来事が同時に見えるかどうかという問題です。
「いつ見るか」という質問から、それらが同時だったかどうかを構築しようとしていますが、それはできません。
しかし、これから過去が現在と同じくらい「実在」しているという結論が導かれるのでしょうか？「今」は過去より「実在」しているわけではないとアインシュタインによれば言いたいのですか？
それについて考えるには、あなたは私が今存在していると信じていますか？
はい、もちろん。
しかし、どうしてそれがわかるのですか？あなたは私を今見ることができません。あなたは常に私の過去の姿を少し見ているだけです。
ええ、まあ…
理論物理学者が百万分の一秒を議論するのは困りますね。しかし、この質問に答えるには、この「今」を定義できなければなりません。通常、私たちは存在についてお互いに話す方法でこれをします。もちろん「今」は存在します。しかし問題は、誰の「今」を意味しているのかということです。
宇宙から来た宇宙人が通過すると、彼らは異なることを「今」と呼ぶかもしれません。その一部は私たちの過去であるかもしれませんし、あるいは未来かもしれません。特殊相対性理論を真剣に受け止めれば、私たちが相対的に動いていないからといって、私たちの「今」と通過する宇宙人の「今」を区別する方法はありません。
したがって、数学的なレベルでは、この「今」を過去または未来から区別することはできません。存在の概念を特定の「今」に結びつける方法がないのです。
日常の言葉に翻訳すると、私の亡くなった祖母は、この水のグラスが今存在しているのと同じように依然として存在しているということですか？そこまで言いますか？
実際、私はそこまで行きます。しかし、それはとても哲学的な問いです。個人的にはそう考えますが、それは数学からの推論です。アインシュタインの理論によれば、存在という意味で現在を過去や未来から区別することはできません。
しかし、私たちは今ここに座っていて、特定の感覚があります。それらから直接の環境、空間的にも時間的にも再構築できます。私はあなたが言ったことを覚えていますが、それは宇宙の実際の構造を記述するものではありません。宇宙の実際の構造は、アインシュタインの理論から得られます。
過去が完全に消えておらず、まだそこにあるという考えはあなたにとって慰めになりますか？存在的に意味のある考えですか？
はい、確かにそうです。私自身だけでなく、人類全体や惑星の未来について考えます。これについても話せますが、宇宙の未来はアインシュタインの一般相対性理論で計算できます。簡単に言えば、かなり暗い結果です。すべてがまだ存在しているという知識は、私にとって慰めになります。
具体的にどう慰めになりますか？
私たちの存在は単なる一時的な段階であり、個人的には感じられますが、実際の自然の記述には反映されていないと言うでしょう。現実は永遠であり、私たちはただこの「今」、この現在を経験しているだけで、それは一種の見かけのようなものです。
あなたは非常に複雑な物理理論を非常にシンプルに説明し、それが私たち人間にとって何を意味するかを伝えることができます。フランクフルト・アム・マインで数学と物理学を学び、ブラックホールについて博士号を取得しました。その後、アメリカ、カナダ、スウェーデンで長く過ごし、現在はミュンヘンの数理哲学センターで研究しています。
また、YouTubeチャンネルを持っていて、物理学だけでなく、気候変動や光害など他の科学的事実も非常にシンプルに説明しています。週に2本の動画を投稿し、すでに350本の動画がオンラインにあります。100万人の登録者がいて、動画は英語です。パンデミックの時期に本格的に活動が始まりました。パンデミックはあなたの人生をかなり変えたようですね。
それは全く計画していなかったことです。何億人もの他の人々と同じように、家にいて「さて、何をしようか」と考えていました。家で二人の小さな子供と一緒に過ごしていました。彼らは学校に行けなくなり、頭の上に天井が落ちてくるような感じでした。私は双子がいるんです。最初は私たち全員にとって少しトラウマになりました。学校の宿題をどこから手に入れるのか、子供たちが友達に会えないなど、適応する必要がありました。私たちは全員在宅勤務をしようとしていました。学生たちと会うこともできませんでした。
そこで、YouTubeで動画をいくつか作ることにしました。数ヶ月後には5万人の登録者がいて、「これはすごいことだ」と思いました。それからエージェントができ、後に代理店もできました。今では複数の人と協力しています。現在は100万人の登録者がいます。
チーム全体で10人以上があなたのために、あるいはあなたと一緒に働いているのですね。素晴らしいです。物理学でこれほど多くの人々に影響を与えるのは素晴らしいことです。
私もそう思います。まだ驚いています。人々は本当にこれらの深い質問に興味を持っています。私たちはこの世界に住んでいますが、それがどのように機能しているのか、現実にどのようなパラドックスがあるのか、私たちの理解がどれほど限界にぶつかるのかを知っている人はほとんどいないと思います。
私たちはすでに、過去が実在し、現在も実在していること、そして未来も何らかの形で実在していることを感じました。「ブロック宇宙」と呼ばれる理論があります。これを説明するためにソーセージを持ってきました。宇宙はブロックのようなもの、またはソーセージのようなものです。ここがビッグバンで、すべてが始まりました。そして時間がここで流れます。これが世界の進行です。私たちはこのスライスのどこかにいます。実際、各スライスは宇宙の進行におけるある「今」の点です。ここから過去がまだ実在していること、そして未来もすでにあることがわかります。どのように終わるかはわかりませんが、これが宇宙です。基本的にすべてはソーセージです。「すべては終わりがある、ソーセージだけが二つの終わりを持つ」という言葉があります。これは本物のソーセージですか？
実際、そうです。私はベジタリアンですが、できる限り説明します。あなたは現在の瞬間がこのスライスのようなものだと言いました。しかし、それをさまざまな方法で切ることができます。斜めにしたり、別の方向に斜めにしたりして。これが先ほど話した同時性の相対性です。現在の瞬間、同時であることは、さまざまな方法で定義できます。
どこにいるかによって異なりますね。
そうです。曲がった形で切ることもできます。
興味深いのは、あなたがすでに未来に言及したことです。ここで私は困難になります。あなたは未来が基本的にすでに固定されていると言っています。つまり、ビッグバン以降、量子現象による偶然はありますが、大まかに言えば…
量子現象は非常に重要です。これまで話してきたのはアインシュタインの特殊相対性理論と一般相対性理論であり、量子は含まれていません。量子を加えると、未来はもう少し複雑になります。量子理論では量子ジャンプがあり、それらは予測不可能です。量子力学が正しければ、客観的な偶然が存在します。それは私たちの知識不足ではなく、単なる偶然です。原子がいつ崩壊するかを正確に言うことはできません。
それは私たちが十分に測定していないからではありませんか？
そうではありません。客観的な偶然がありますが、それでも世界は決定されています。
いいえ、この偶然を除いては。過去は過去ですが、この量子の偶然のために未来を正確に予測することはできません。ここかしこに量子ジャンプが起こるからです。
それでもあなたは自由がないと言います。人間の意志の自由、私たちが決断できるということ、私が今スタジオから走り出ることができるということ、そのようなことはないと。たとえ私がそうしても、それはすでに決まっていたことなのですか？
量子ジャンプを除いては、そうです。脳内で量子ジャンプが役割を果たすかどうかについては長い議論があります。可能性はありますので、その意味では予測できないかもしれません。
しかし、自由意志について話すとき、人々はそれを個人的に捉えがちなので、通常は別の角度からアプローチします。まず、自然法則が私たちに何を予測できるかについて話します。
すでに見たように、アインシュタインの理論、そしてその前のニュートンの理論には決定論があります。未来は単に過去から導かれるもので、一つの瞬間が次の瞬間から生じるというものです。数学からすでにそうでなければならないことがわかります。
例えば、サイコロを落とすとき、どの目が上に来るかはすでに決まっています。私たちはそれを知らないだけで、計算が非常に複雑なためです。しかし、サイコロを離す瞬間のすべての条件を知っていれば、どの目が上に来るかは既に決まっています。
それはもう少し複雑です。カオス的なプロセスがあり、不確実性が大きくなります。わずかな初期条件の違いが結果に大きな違いをもたらすため、サイコロの結果を予測するのは難しいです。しかし原則として、量子ジャンプを除けば、それは事前に決定されています。サイコロは比較的大きなものなので、量子ジャンプはそれほど重要ではありません。しかし、シナプスで起こるようなプロセスでは、量子プロセスが役割を果たすかどうかは明らかではありません。
したがって、私たちには過去から決定済みの純粋な決定論と、絶対に予測できない純粋な偶然的なジャンプの混合があります。しかし、どちらも自由ではないというのがポイントです。
それはわかりません。
あなたはこのような量子ジャンプの結果を決定することはできません。誰もそれを決定できません。だから偶然なのです。もしあなたがそれを決定できるなら、それは偶然ではありません。
私にとっての質問は、自由意志とは何を意味するのかということです。決定論とこれらの偶然的なジャンプの混合とどう両立するのかが問題です。個人的には、自由意志は単に意味をなさないと言うでしょう。なぜそれについて話すのですか？
あなたは笑っていますね。多くの人はこれを好まないでしょう。
私は哲学者ですから、多くのことに慣れています。もちろんこの議論全体を知っています。この洞察、つまりあなたの見解では自由意志が存在しないという認識とどのように生きているのか疑問に思います。これはかなり厳しい主張です。
長い間、私はこの問題と格闘してきました。数年間心理療法も受けましたが、私の心理療法士は物理学の問題についてはあまり理解できませんでした。主にこの洞察によるものでした。今でもそれを消化するのは難しいと思います。少し慣れてきましたが、その理由は後で説明できます。多くの人々がこれで苦労していることは理解できます。それは物理学に取り組む多くの人々が持つ洞察です。私の場合は学生時代でしたが、この決定論プラス量子の非決定論の中で自由意志はどこにあるのかを見るために物理学を勉強する必要はありません。だから私はそれについて話し、書いています。人々はそれを知りたいと思うからです。
私にとって、この質問はある時点で解決しました。主に、それが関係ないと思うからです。私は未来が何をもたらすかわかりません。自由意志があろうとなかろうと、自分の物語を作る必要があります。そしてそれについて話す意味はありません。
また、「すべては決まっているから」と言って何もしないという運命論的な態度を取ることもできません。それも一つの決断です。たとえそれが事前に決定されていたとしても。
その通りです。「何も起こらなければそうなる」というのは真実ですが、何もしないことも一つの決断です。決定しないということはできません。
あなたはある記事で、何かに関わるかどうかについて、より選り好みするようになったと言っていました。結局のところ、私たちは入力に対して特定の出力で反応するだけで、何を消費するかが私たちを形成するからです。
私はYouTubeを運営しているので、オンラインで多くの時間を過ごします。人々が何について話しているのか、他の人が何をしているのかを見る必要があります。ソーシャルメディアで共有されている多くのがらくたもあります。それが時々心配です。どんなものが私の頭に入っているのか、一度入ったら出せないからです。
ここで自由意志の問題が関係してきます。自由意志があると思い、それについて考える必要がないと思うなら、問題全体を理解していません。私たちがどのような情報を消費するかによって、強く影響を受けるのです。
私自身は自由を信じていますが、別の理由からです。決定論的な世界でも、自由な決断と不自由な決断を区別できると思います。哲学にはこの立場があり、あなたも議論していますね。「両立論」、つまり自由と決定論は両立可能だという考えです。
例えば、薬物中毒の人は内部的な衝動や強制力を持ち、薬物を取りたくないのに取ってしまいます。その人は不自由だと言えるでしょう。一方、外部からも内部からも強制されず、自分自身から良い理由で決断できる人は自由です。それが全て決定されているかどうかは重要ではありません。
内部的に「自分が望まないものを望んでいる」という人と、そうでない人との間のこの区別は重要な違いであり、自由と不自由という概念で捉えることができると思います。
両立論は哲学者の間で非常に一般的です。あなたが言及したアプローチなど、さまざまなアプローチがあります。自律性の考え方もあります。人間はトースターよりも自律的です。ボタンを押すとポップアップするだけですが、トースターには選択の自由がなく、ただトーストを作るだけです。人間はもう少し複雑です。その違いを定義することもできます。
あなたが言ったことで、私は「自己」とは何を意味するのかという疑問が湧きます。なぜ薬物の影響を受ける脳の一部が「自己」の一部ではなくなるのでしょうか？これについては何時間も議論できますが、それは非常に難しくなります。
パラドックスは、特定の状況では別の選択ができなかったということですが、それでも私はそれを「自由」と呼びたいということです。それが難しい点です。
また、強い自由意志を主張する別の立場もあります。いわゆる「リバタリアン」と呼ばれる人たちです。彼らは精神のようなものが存在し、意識的に計画を立て、何かを想像したり望んだりして、それを実行に移すことができると主張します。この精神的なものは、物理的なものや脳とは異なるものだと考えます。しかし、これはあなたが受け入れられない立場ですよね？
私は物理学者ですから、物理的でないものがあるというのは最初から意味をなさないですね。この立場はその問題で知られています。何か物理的でないものが、物理的なものに影響を与えると主張するなら、物理的でないものと物理的なものの違いは何でしょうか？この立場は基本的に、自然法則の影響を受けない何かを発明しようとしています。しかし、そのようなものが存在するという証拠はありません。
一方で、あなたは痛みや感覚も物理的なものだと言うのは難しいのではないでしょうか？
もちろん、痛みとは特定の方法で感じることですが、それは脳内の信号です。土砂崩れとの大きな違いは見当たりません。
土砂崩れは自分自身を土砂崩れとして感じていませんし、このグラスには意識がないので、グラスであることを感じてはいないでしょう。しかし人間は感じています。私たちは世界を経験し、見て、認識します。人間の脳はもちろんグラスよりもずっと複雑です。そこはあなたに同意します。しかし、それは脳に非物理的な何かがあるということではありません。
では、意識や精神は、例えば脳のような特定の複雑さから生じる産物だということですか？
それは妥当に思えますが、現在多くの研究と議論がされている分野です。私も正確にはわかりません。
この精神と脳の問題については、哲学者たちとこのテーブルでも何度も議論してきました。オーストラリアの哲学者デイヴィッド・チャーマーズもその一人で、彼はここにも来たことがあります。彼は「精神は脳の中だけでなく、宇宙のあらゆる場所に痕跡がある」という立場に共感しています。彼はそれを「汎心論」と呼んでいます。彼の意見を少し聞いてみましょう。
「意識がより単純なプロセスに還元できないと言うと、相互作用の問題が生じます。二元論者として、意識がどのように物理的世界と相互作用するのかという難しい問題に直面します。代替案は、物理的世界の基盤の深いところに、電子やフォノンのような素粒子に至るまで、意識の要素が存在すると言うことです。物理的世界全体が意識で満たされており、何か分離したものとの相互作用の必要性はなくなります。なぜなら、最初から意識を含んでいるからです。物理的世界のどこにでも意識の要素があると言うことは、物理的世界全体が意識から成り立っているという言明までほんの一歩です。電子や中性子の性質は、意識以外の何ものでもありません。つまり、すべてが物質なのではなく、すべてが最終的に精神であるということです。」
この主張についてどう思いますか？
私はこれを完全に空虚な主張だと思います。これで何を説明するのかわかりません。私は物理学者ですから、何らかの方程式を持つ理論を示し、それから何かを計算できない限り、どう扱えばいいのかわかりません。
しかし、この汎心論の考え方に共感を持っていることは認めなければなりません。それは単に、意識はオンかオフかではなく、むしろ連続体だと思うからです。
意識は徐々に生じるということですか？意識はある時点でボタンを押したように突然生まれるのではなく、意識の低い生物と高い生物の連続体があるということですか？
そのように言えると思います。必ずしも生物である必要はなく、他のものにも意識があるかもしれません。問題は、どのようにそれを定量化するかということです。それはわかりませんが、原則としておそらく計算できると思います。
「統合情報理論」のような理論があり、システム、例えば脳の意識の大きさを計算しようとしています。しかし、ニンジンで計算することもできます。そうすると、ニンジンの意識は非常に低いが、ゼロではないと言えるでしょう。そして、このグラスの意識も計算でき、おそらくさらに低いが、ゼロではないでしょう。すべてはある程度の意識を持っています。なぜなら、すべてが情報を処理しているからです。
基本的な粒子について議論すると、例えば単一の電子は、少なくとも現在の理解では下部構造を持っていません。それはまだ情報を処理しているのでしょうか、それともそこで終わるのでしょうか？それはより複雑になりますが、全体として、意識の定義があれば、多くのものが少しだけ意識を持っているということに同意します。
これは最大の謎の一つだと思います。物理学者として、あなたはもっと大きな謎、例えば暗黒物質とは何か、ビッグバン以前に何があったのかなどに取り組んでいます。約100年前から科学界は、すべての力、すべての法則を美しくシンプルに記述する統一理論あるいは「世界方程式」を探しています。しかし、あなたはこの世界方程式の探究は全く無駄だと言っています。なぜですか？
それは少し「世界方程式」で何を意味するかによります。解決しようとしてきたさまざまな問題があります。例えば、100年前から、アインシュタインも取り組んでいた問題は、量子理論と重力をどのように統合するかというものです。これは量子重力の理論が必要かという問題です。
理解のために簡単に言うと、量子現象は通常、非常に小さなスケールで役割を果たします。それほど厳密ではありませんが、大きな距離でも効果を持つことがあります。一般的には小さなスケールの現象で、ハイゼンベルグ、シュレーディンガー、ニールス・ボーアなどの名前と関連しています。一方、大きなスケールでは、宇宙論、ブラックホール、重力などがあります。これらは二つの異なるパラダイム、二つの思考スタイルで、うまく統合されていません。
それは数学的に事実です。これらは協力せず、完全に異なる数学を使用しています。しかし、何らかの解決策があるはずだとわかっています。例えば、電子やもう少し大きな原子などの量子粒子を取り、それが「量子的な動き」をするときの重力場を尋ねることができます。アインシュタインの理論はこれに対する答えを持っていません。量子粒子の重力場が何であるかを実際には知らないのです。
さらに、重力に加えてさらに三つの相互作用があります。電磁気相互作用、強い核力、弱い核力です。これら三つの力は素粒子物理学の標準モデルにまとめられていますが、それらは並んで置かれているだけです。多くの物理学者はこれが美しくないと感じ、それらを一つの大きな力に統一し、さらに重力と統合したいと思っています。これが「万物の理論」と呼ばれるものです。すべての力とすべての粒子が含まれるからです。
背後にはほぼ審美的な欲求があります。あなたはこれについて本を書き、それと逆のことを意味しています。人々は現実が単純に構築されていると信じ、美しい数式で表現できると思って、現実のための美しい数学的な方程式を探しています。しかし、あなたの本は「醜い宇宙」と題されています。つまり、それはうまく合わず、宇宙を記述するための美しい方程式は見つからないことを受け入れる必要があると言っています。
自然の記述が特定の方法で「美しく」なければならないという前提から始めるのは間違いだと思います。例えば、これら三つの力の統一は物理学者が美しいと考えることです。そのため彼らはそのような理論を作ろうとし、予測をしましたが、何も見つかりませんでした。詳細に話せますが、簡単に言えばうまくいきませんでした。
自然が特定の方法で美しいという前提から始めるのではなく、自然がどのようなものかを見て、後からそれを美しいと思うでしょう。
しかし、アインシュタインの場合は逆でした。彼は美しい数学的方程式を開発し、その後何年も経ってから、現実がそれを確認したことがわかりました。曲がった光などによってです。それは魅力的です。数学が世界を信じられないほど良く記述できるツールであることが多いです。それ自体が謎です。
時には美しさがうまくいき、時にはうまくいきません。例えば、量子力学は最初は非常に醜いと考えられていました。量子電磁力学も同様です。ディラック自身もそれを非常に醜いと思っていましたが、それは正しいのです。
両方あるということですね？
はい、物理学者が美しい仮定をして、それがうまくいった場合もあれば、美しい仮定をしてうまくいかなかった場合もあります。例えば、ハイゼンベルグは40代後半に万物の理論を開発しようとしましたが、美的原則に基づいていて、うまくいきませんでした。今日、誰もそれに取り組んでいません。美しかったけれど間違っていました。
また、醜いけれど正しいアイデアもあります。例えば、地球が宇宙の中心にあるというモデルから太陽中心モデルに移行したとき、美しい円から醜い楕円軌道に移行しなければなりませんでした。当時の天文学者たちは「いや、それは美しくない、円にとどまろう」と言いました。今日ではそのように考える人はいません。美的理想が変わったのです。
物理学には深い教義があり、世界を究極的に単純な原理で簡潔に説明できるという信念があるようですね。あなたはYouTubeでの素晴らしい動画でこの「万物の理論」について皮肉っぽく話しています。説明動画だけでなく、音楽動画も作っていますね。そのような動画を一部見てみましょう。
[音楽動画]
個人的にこのルックとユーモアが好きです。しかし、ご自宅の双子の子供たちはこのような動画についてどう思っていますか？
彼らはそれを面白いと思っていますが、内容についてはまだあまり理解していません。ちょうど学校で物理を学び始めたばかりで、ママが何をしているのか興味を持ち始めています。時々私の動画を見ています。
この「世界方程式」や理論について、あなたは現在の研究に対して非常に批判的です。本の中でもそれを示しています。何が存在する可能性があるかについての推測があり、ジュネーブのCERNのような大型加速器を建設しますが、そこで何かを見つけられるという点で非常に懐疑的ですね。それを止めるべきだと言っていますか？
現在、物理学の基礎研究、特に素粒子物理学において多くの問題があると思います。CERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）が建設され、その主な任務は標準モデルで最後に不足していた粒子であるヒッグス粒子を見つけることでした。それは1960年代に予測されていましたが、生成するのが難しかったのです。2012年にそれが確認され、ノーベル賞も授与されました。
現在、素粒子物理学の標準モデルは完全で、何も不足していません。数学は観測とよく一致し、さらなる粒子は必要ありません。しかし素粒子物理学者たちは、それ以上の粒子があるという理由がなくても、さらに粒子を探し続けたいと思っています。
より大きな粒子加速器を建設すべきだという考えがありますが、探索の目標がないのです。特定の粒子を探しているのではなく、単により小さな粒子を探しています。代わりに起こっていることは、素粒子物理学者たちが粒子を考え出し、その数学を書き、発表し、より大きな加速器を建設すれば、それらが存在するかどうかをテストできると言っています。それらはただ数学の中にのみ存在するので、排除されますが、それは誰かが考え出しただけのものです。これは単に浪費だと思います。
しかし、これが基礎物理学研究の機能する方法ではないでしょうか？大胆な理論を立て、それを反証しようとするのが科学的手法ではないですか？
科学的理論は確かに反証可能であるべきですが、それだけでは良い理論とは言えません。理論は何らかの問題を解決するべきです。例えば、アインシュタインの一般相対性理論は、特殊相対性理論がニュートンの重力と互換性がないという問題を解決しました。明確な動機があり、大きな問題を解決しました。しかし、これらの新しく発明された粒子は問題を解決していません。
弦理論、超対称性、無限の宇宙を持つ平行宇宙などの推測的な議論がたくさんありますが、それらはすべて現実と何の関係もない純粋な推測だと思いますか？
大まかに言えばその通りです。弦理論について言及しましたが、これは量子重力へのアプローチの一つです。
量子重力について説明していただけますか？理解できません。
これは先ほど話した問題で、一般相対性理論（重力を記述する）が量子理論と互換性がないというものです。弦理論は、両方を扱えるアプローチの一つです。一般相対性理論と量子の両方を扱うことができます。これは良い動機付けですが、弦理論の問題は、その予測がより大きな加速器でもテストできないということです。
この理論の基本的な考え方は何ですか？これらの「弦」や「ひも」とは？
すべては弦でできているというものです。これは非常にシンプルなアイデアです。すべては弦であり、閉じているか開いているかのどちらかで、さまざまな方法で振動します。これでは大まかすぎますが、基本的にはこれらですべての粒子を構築し、粒子間の相互作用も記述できます。これが素晴らしい点です。統一理論であり、この相互作用から重力も生じます。これが重要です。標準モデルの三つの力だけでなく、重力も得られます。この発見は1970年代か80年代にさかのぼり、それが弦理論への関心の理由です。
このことから、研究者や物理学者たちは不確実性や無知と共存することを再び学ぶべきだということですか？ここまでは知ることができるけれど、それ以上は推測にすぎないことを認め、美しい理論を立てることはできても、それを経験的に確認または反証できない限り、それを止めるべきだということですか？
これらのアイデアの多くは経験的にテストできますが、動機が逆です。最初に粒子を考え出してから「だからより大きな加速器が必要だ」と言います。それが理由もなく存在するはずがないので、加速器を作ると排除されます。これは良い戦略ではないと言っています。40年間うまくいっていないので、より良く考え直す必要があります。
基本的に粒子加速器に反対しているわけではありません。例えば、より大きな粒子加速器で、すでに知っている粒子をより良く研究することもできます。例えば、ヒッグス粒子の相互作用をより正確に測定することなどです。それは素晴らしいことですが、それがコストに見合うかどうか考える必要があります。そのお金を他の実験に使って、量子重力について学ぶか、量子力学の基礎をよりよくテストするか、あるいは暗黒物質の問題について学ぶべきではないでしょうか。
これは非常に議論の余地のある議論で、反論する誰かがテーブルにいるべきですが、私はそれができません。多くのお金が費やされ、多くの人々がそれが必要だと確信しています。
一歩下がって、大きなスケールと小さなスケールの物理学が私たちの直感にますます矛盾することについて考えましょう。多くのことを理解しておらず、日常言語でそれらを適切に記述することもできません。あなたは本の中でそれを素晴らしく説明していますし、スティーブン・ホーキングのような他の人もそうしています。しかし、隠喩がもはや機能しない限界が常にあります。量子力学ではこれが顕著です。物が波と粒子の両方であるという話や、シュレーディンガーの猫のように、何かが同時に二つの状態にあるという話など、不確定性原理、量子もつれ、すべてが少し魔法のように思えます。私たちの理解には限界があるという認識はあなたにとって論理的ですか？私たちは哺乳類の脳を持っており、なぜそのような脳で世界全体を理解できると思うのでしょうか？
いつかそのような限界に達する可能性はあります。しかし、まだそこに達していないと思います。現在の問題は、量子効果や一般相対性理論を記述するために使用する言語が数学的であることです。方程式があり、それらは複雑です。微分幾何学とは何か、演算子とは何か、非可換演算子とは何かなどを知る必要があります。それを知らなければ、不確定性原理がどのように機能するのか、または空間の曲率や宇宙が他の何かに拡大しないで拡大するとはどういう意味なのかなどを本当に理解することはできません。
これらの疑問はすべて、日常言語に数学を翻訳することの難しさから生じています。それを試みることはできますし、それは私が本でやろうとしていることです。YouTubeやポッドキャストなどでも他の人々がやっていることです。しかし最終的には、さらに正確に理解したいなら数学を見る必要があるという限界があると思います。
では、数学は世界に最も近い言語で、他のすべては常に弱点を持つ翻訳にすぎないということですか？
少なくとも現時点ではそうです。
宇宙が拡大し続けていると言いましたが、それは宇宙背景放射などから測定できるからですね。それを遡ると、最終的には非常に小さなビッグバンに戻ります。「バン（爆発）」の前に何があったのですか？
誰もそれを知りません。推測だけです。アインシュタインの方程式を取り、時間を遡って計算すると、現在の状態から過去の状態を計算できます。すべてがより圧縮され、非常に熱いプラズマのようなものでした。それをさらに圧縮すると、最終的に方程式が崩壊し、特異点になります。数学的には、宇宙の密度は無限大になり、曲率も同様です。
興味深いのは、これが有限の時間で起こることです。138億年です。138億年前に遡り、それで終わりです。これがいわゆるビッグバンです。
しかし、アインシュタインの方程式は厳密には正しくないと言えます。なぜなら、まだ知られていない量子効果を組み込む必要があるからです。そこで、特異点ではなく、すべてが非常に密集していただけの段階があり、その前にも宇宙があった可能性があります。または、無限に長い間何も起こらず、ある時点で拡大し始めたという可能性もあります。物理学者たちはさまざまな理論を考え出していますが、正直なところ、誰も知りません。
宇宙が拡大を繰り返し縮小しているのか、それとも一度だけ始まったのかもわかりません。宇宙に空間的な終わりがあるかどうかも理解できません。あなたは宇宙が拡大していると言いましたが、何の中に拡大しているのでしょうか？もし境界があるなら、その境界の向こうには何かがあるはずです。もし無限であれば、それも理解できません。
イマヌエル・カント、啓蒙時代の有名な哲学者は、このようなことを考えるとき、理性のアンチノミー、つまり矛盾に陥ると言いました。
うまく言いましたね。ここで光速の有限性に戻ります。現在の理論では、宇宙は少なくとも数学的には実際に無限に大きいですが、光速が有限であるため、常に有限の部分しか見ることができません。
光速で移動するとどうなりますか？アインシュタインはそれについて考えました。もし光であれば？数学からわかっていることは、光速で移動する場合、時間の概念は意味をなさなくなります。
時間は止まりますか？
これは解釈の問題です。数学的には、光速で移動するものにとって時間は存在しません。それが何を意味するかについては、あまりにも難しい質問です。
最も難しい質問から始めましたね。「なぜ何もないのではなく何かがあるのか」というライプニッツやハイデガーの有名な言葉です。あなたはそれを知らないと言いましたが、人生の意味、あるいはあなたの人生の意味について考えはありますか？
私は科学者なので、科学は職業的だけでなく、世界を理解する方法だと思います。それが存在の意味だと思います。私たち人間は世界と宇宙を理解し、私たちがそれとどのように関連しているかを理解しようとします。それが私にとってのこの存在全体の意味です。宇宙を理解しようとする私たちであり、私たち自身が宇宙の一部なのです。
すごいですね。つまり、宇宙は複雑な生命体が生まれ、宇宙を理解しようとするプロセスを経ているということですね。そういう意味では、宇宙の大きな自己認識のプロセスであり、私たちはみなその一部だということですね。
それはヘーゲルの哲学のように聞こえますね。それはあなたの推測ですか？
それは私が快適に生きられる哲学です。
素晴らしい。ホッセンフェルダーさん、この興味深い会話をありがとうございます。最初よりも多くの疑問が生まれましたが、そういうものが科学だと思います。ここに来て、これらを美しく説明してくれてありがとう。
自然の法則や人間の自由について、何を知ることができ、どこから信仰が始まるかについて、どう考えますか？コメント欄に書いてください。そしてここに、いつものように、このテーマに関するさらなる二つの会話があります。考えてくれてありがとう。未来でお会いしましょう。
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