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私たちの宇宙とその中のすべてのものには、私たちが必然的に到達しなければならない秘密の計画、つまり目標があるという考え方は「目的論」と呼ばれています。これは奇妙で、完全に狂気じみているとまでは言わないにしても、少し憂鬱な考えに聞こえます。たとえば、宇宙の目標がアップルパイを生み出すことで、私たちはその過程における一段階に過ぎないとしたらどうでしょう。
しかし、目的論という考え方は物理学でも繰り返し登場しており、アップルパイの有無にかかわらず、今日はこの考え方をもっと真剣に検討すべきだと皆さんを説得したいと思います。
私たちは原因が未来ではなく過去にあることに慣れていますが、それは物理学で使用する数学に組み込まれている期待です。現在の理論はすべて、特定の性質を持つ微分方程式で作用しています。これらの方程式に一瞬の出来事の完全な記述を与えれば、方程式を使ってその前後に起こることをすべて計算できます。一瞬の完全な記述は「初期状態」と呼ばれています。通常は現在を初期状態として選び、そこから未来に何が起こるかを計算します。
例えば、矢をどこからどの角度と速度で発射するかを指定し、それがどこに着地するかを計算するというのが、こうした方程式の典型的な使い方です。また、初期状態を過去、たとえば宇宙の初期に設定し、その過去の状態からの予測が今日観測されることと一致するかどうかを確認することもできます。これが、初期宇宙に関する理論をテストする方法です。
原理的には、未来に初期状態を選ぶこともできます。しかし実際には、未来がどうなるか知らないという問題が生じます。また、数学的にもあまり意味のない手順です。なぜなら、宇宙は現在何らかの状態にあるからです。これはおそらく、私たち全員が同意できる一つのことかもしれません。宇宙は何らかの状態にあるはずだということです。そして、方程式は、現在既にある状態によって未来が決定されるようになっています。未来にさらに条件を加えることはできません。それは一般的には満たされないでしょう。
したがって、私たちの現在の理論には目的論の余地がないように思えます。しかし。
現在の状態が未来を完全に特定せず、「目的論的な」要件が実際に何か新しいことを教えてくれるような、別のタイプの理論、別の数学的枠組みを考えることができます。そして、それは物理学が進歩するために必要なものかもしれません。
例えば、デイヴィッド・ドイッチは「コンストラクター理論」と呼ぶものを持っており、自然法則は普遍的なコンピュータ、つまり普遍的チューリングマシンを生み出すようなものだと仮定しています。これは目的論的な考えです。なぜなら、この要件を実現するためには、自然法則がどのようなものでなければならないか、そして宇宙の進化がどのようなものでなければならないかについて何かを教えてくれるからです。
ドイッチの考えは大きく大胆なものですが、目的論はより控えめな形で物理学の他の分野にも登場しており、最も顕著なのは量子物理学においてです。量子物理学では非決定論的なプロセスがあるようなので、これは自然なつながりです。それらが非決定論的ではなく、未来によって決定されているとしたらどうでしょう？そうすれば私たちには分からないでしょう。
量子力学では、測定は多くの可能な結果を持ちますが、どれが得られるかは決まっていません。このための情報は初期状態にはありません。代わりに、初期状態は特定の測定結果の確率を計算することしかできません。しかし私たちは一つの特定の結果を観測します。これをどう説明するか？それが測定問題です。
そこで、このプロセスはただ一つの結果を生み出すようなものでなければならないと言うのはどうでしょう。これは目的論的な考えであり、ジョン・クレーマーが提案した量子物理学の「トランザクション解釈」の背後にあるものです。彼は、量子粒子が測定結果のための「オファー」を時間の前方に出し、測定装置がそのオファーを時間の後方に「確認」する必要があると想像しました。そしてこの二つは互いに適合しなければならないので、初期状態と観測された測定結果をつなぐ一貫性の要件があるのです。
しかし数学を見れば、それは実際には解釈に過ぎません。実際に時間を遡るものは何もありません。それは標準的な量子力学を考える別の方法に過ぎません。それでも、量子物理学がこの目的論的な解釈と互換性があることが興味深いと思います。それは、結果の前に原因があるという私たちの考えが、個人的な経験に基づく偏見であり、自然の根本的な性質ではないかもしれないということを示唆しています。
この考えは新しいものではありません。1960年代に、ジョン・ウィーラーとリチャード・ファインマンは光に対して同様のことを試みました。彼らは、光が源から検出器まで行くとき、源と検出器の両方が波を出すと言いました。そして光がその経路を実際に進むためには、これらが一致しなければなりません。ただしこれも、光が源から放出され検出器で吸収されることを考える数学的に異なる方法に過ぎません。
これら二つの例から分かるのは、現在持っている理論を、解釈によって以外は目的論的なものに変えることはできないということです。それを実現するには、実際に異なる数学が必要なのです。
その一例は、時間のループがある場合にアインシュタインの重力理論で現れることがあります。これは時間的閉曲線と呼ばれることもあります。それは、あなたが移動できる経路で、空間内の同じ位置だけでなく時間内の同じ位置にも戻るというものです。残念ながら、そのようなループは現実には見たことがありませんが、数学的には存在し得ます。しかし、そのような時間のループの問題は、ループが始まる前に何が起こったかから、ループ内で何が起こるかを予測できないということです。
例を挙げて説明しましょう。タイムマシンを作り、ある日それを開けると中にリンゴがあったとします。またドアを閉め、1時間前の時間を設定し、リンゴを過去に送り返すと、あなたはそれを見つけることになります。つまり、リンゴはループから出ることはありません。ループの前にはなく、後にもありません。
問題は、リンゴの代わりにオレンジやイチゴ、あるいは「瞬間に閉じ込められた」U2のボノかもしれないということです。これは「ブートストラップのパラドックス」と呼ばれています。これは目的論と関連しています。なぜなら、どんなに小さくても時間的閉曲線がある時空では、何が起こるかを予測するために未来からの情報が必要になることを示しているからです。
かなり奇妙に聞こえますが、目的論のもっと一般的な例もあります。例えば、数年前にショーン・キャロルとグラント・レメンは、空間と時間のすべてにわたる積分がゼロになるという予想によって宇宙定数を説明する方法を提案しました。つまり、未来まですべて積分しなければなりません。この考えは既存の宇宙モデルよりも優れているわけではないので、誰も使用していないと思いますが、興味深い考えだと思います。
また、最近の新しい論文でカリス・アナストポウロスは、加速膨張を説明する方法として目的論を宇宙に適用しました。彼は、宇宙自体が量子規則に従わなければならないことを考慮に入れると、未来の状態が過去の状態と適合しなければならないという要件を追加できると言います。しかし詳細を見ると、彼は基本的に最終状態が加速から生じたものでなければならないと仮定しており、結論したいことを仮定しているのです。
このように、物理学における目的論の具体的な提案は現時点ではやや不明確です。この考えにはある程度の価値があると思いますが、それを可能にするためには全く異なる枠組みが必要です。微分方程式では、そこにたどり着くことはできないだろうと私は推測します。
これは何を意味するのでしょうか？これはデジャヴュの理由を説明するのでしょうか？私はそれを疑います。私はそれほど狂っていません…まだ。現在の理論は非常にうまく機能していると言えるでしょう。ただ、量子物理学における因果関係、そしておそらく宇宙全体を記述する際にも、これらの問題が忍び寄ってきているのです。これは、もし未来が現在に影響を与えているとしても、それは小さなものでなければならないことを意味します。つまり、現在が完全に未来によって決定されているわけではなく、おそらくその一部が決定されているのかもしれません。そして、私たちの日常の経験と相容れないからといって、この可能性を否定すべきではないと思います。偏見が最大の問題を引き起こすのです。あるいは、問題が偏見を引き起こすのでしょうか？
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