理論物理学者レナード・サスキンドが、フェルミのパラドックスに対して従来とは全く異なる視点から答えを提示する講義である。問題の本質は生物学でも社会学でもなく、重力にあると主張。重力ポテンシャルの井戸から脱出するためのエネルギーコスト、ロケット方程式の指数関数的な制約、ダークエネルギーによる宇宙の地平線、そしてホログラフィック原理が情報処理に課す根本的な限界を挙げ、銀河規模の文明が物理的に持続不可能である理由を論じる。宇宙の沈黙は不在の証拠ではなく、コストの証拠であるという独自の視点を展開する内容である。
宇宙の沈黙が意味するもの
宇宙は誕生から138億年が経過しています。私たちの銀河だけでも4000億の恒星があります。それだけの時間、それだけの空間があるにもかかわらず、誰一人として私たちの扉を叩きに来た者はいません。信号もなければ、探査機もなく、恒星の前を横切る影すらない、何もないのです。
多くの人はこの事実を聞いて孤独を感じます。しかし私はこれを聞いて、疑念を抱きます。なぜなら、本当の意味での孤独が物理的にどのように見えるかを考えてみてほしいのです。孤独であるためには、私たちが本気で探したという事実が必要です。本物の機器を本物の空に向けて、十分な期間を費やして探した結果、何も見つからなかった、という状況です。しかし、実際にはそうではありません。私たちは数十年間、空のごく一部に電波望遠鏡を向けただけです。これは宇宙的な尺度で言えば、太平洋にティースプーンを浸して魚はいないと結論づけるようなものです。その程度の探索で信号が見つからなかったところで、外に何があるかについてはほとんど何も分からないのです。
その種の孤独であれば、私は受け入れられます。それは単なる工学的な問題に過ぎません。もっと大きな望遠鏡を作る、もっと長く待つ、もっと賢く探すというだけの話です。しかし、私が抱く疑念は、まったく別のところから来ています。それはエネルギーの数字から来るものです。そして、その数字を正直に、ごまかさずに目の前に並べてみると、問いは単純に「みんなどこにいるのか」というものではなくなり、もっと難しく、もっと興味深いものへと変わっていきます。問いはこうなるのです。宇宙は、私たちが想像しているようなことを本当に許容しているのだろうか、と。
重力という見落とされた変数
私はフェルミのパラドックスについて長年考え続けてきました。趣味としてではなく、時空の構造と極限的なスケールでの重力の振る舞いを研究する物理学者として考えてきたのです。今夜お伝えしたいのは、フェルミのパラドックスの標準的な枠組み、つまり一般向けの本に書かれていたり、グレートフィルターに関する熱狂的な記事を生み出したりするような枠組みは、最も重要な変数を見落としているということです。
それは生物学ではありません。社会学でもありません。文明が恒星間に進出する前に自滅するかどうかという問題でもありません。もっとも、それは確かに現実的な可能性であり、私たち自身のケースについて言えば、その可能性に大きく賭けないとは言いません。見落とされている変数は、重力なのです。具体的には、重力が何をコストとして要求するか、ポテンシャルの井戸の底で生きるとはどういうことか、そして井戸から這い上がろうとするものに対して宇宙が何を要求するか、ということです。
ここから少し付き合っていただきたいのですが、いくらか作業が必要になります。しかし、その見返りは確かなものです。
文字通り、底から始める
質量を持つあらゆる物体、すべての岩、すべての海、すべての都市、すべての文明は、重力ポテンシャルの井戸の中にいます。これは比喩ではありません。幾何学です。アインシュタインは、質量が時空を曲げると教えてくれました。そして曲がった時空とは、最も文字通りの幾何学的意味で井戸そのものなのです。その井戸から這い上がること、すなわち重力ポテンシャルの低い領域から高い領域へ移動することには、エネルギーが必要です。
このコストは交渉の余地がありません。一般相対性理論の場の方程式に書き込まれているのです。誰かがその方程式を書き下ろす前から真実でしたし、この部屋にいる誰もが生きていなくなった後も、ずっと真実であり続けるでしょう。
地球においては、脱出速度、つまりこれ以上の推進力なしに離脱するために必要な速度は、毎秒11.2キロメートルです。この数字は地球表面における重力ポテンシャルから直接導かれます。運動エネルギーを重力束縛エネルギーに等しいと置いて解くだけのことで、高校物理で扱う内容です。それなりにまともな高校に通っていればの話ですが。毎秒11.2キロメートルというのは、ライフル弾の速度の約40倍です。軌道に乗せたい荷物の1キログラムごとに、ましてや別の恒星に送りたい荷物となれば、これに近い速度まで加速しなければなりません。
ロケット方程式という残酷な制約
そして、ロケット方程式というものがあります。これは応用物理学全体の中でも最も残酷な制約の一つで、少し時間を割くに値するものです。本当に明快さをもたらしてくれるからです。ツィオルコフスキーのロケット方程式は、19世紀のロシアの学校教師にちなんで名付けられたもので、彼は誰かがロケットを作るより数十年前にこの式を導き出していました。この方程式が言うのは、満タンのロケットと空のロケットの質量比は、必要なデルタVに対して指数関数的に増加するということです。指数関数的に、です。
これは線形のペナルティではありません。二次のペナルティですらないのです。指数関数的なのです。2倍の速度が必要だからといって、燃料が2倍必要なわけではありません。燃料の比率がきわめて急速に馬鹿げた量へと膨れ上がっていくのです。月面に小さなカプセルを送るために巨大な爆薬の塔が必要なのは、私たちの工学が下手だからではありません。ロケット方程式が容赦なく、地球の重力の井戸が深いからなのです。
カルダシェフ・スケールへの異論
これをスケールアップしてみましょう。ここから議論が本格的になり始めます。自らの思春期を生き延び、戦争を回避し、エネルギー問題を解決し、気候を管理し、私たちが望むあらゆることを成し遂げた文明を想像してみてください。お望みなら、彼らをカルダシェフ・スケールでタイプ2と呼んでもよいでしょう。これは恒星の全エネルギー出力にアクセスできることを意味します。およそ4×10の26乗ワット、これは本当に途方もないエネルギーです。ダイソン球や恒星間帝国、原理的には銀河に向けて自らの存在を宣言できるような文明を人々に想像させる、まさにあの数字です。
ニコライ・カルダシェフは、エネルギーが能力と等しく、文明が進歩するにつれてより大きなエネルギー貯蔵庫にアクセスするようになるという考えに基づいて、彼の分類体系全体を構築しました。ここで私はカルダシェフに反論したいのです。物理学について彼が間違っていたからではなく、彼の枠組みが何かを欠いているからです。エネルギーは必要条件ですが、十分条件ではありません。重要なのは、どれだけのエネルギーを持っているかだけではなく、そのエネルギーを何に対して使っているか、ということなのです。そして、すべての文明が常に、例外なく、エネルギーを費やしている相手は、重力なのです。
恒星間旅行の真のコスト
恒星間旅行が実際に何を必要とするかを考えてみましょう。SF版ではなく、本物の話です。私たちの太陽に最も近い恒星はプロキシマ・ケンタウリで、4.2光年離れています。1光年はおよそ9.5兆キロメートルです。控えめな探査機、たとえば小型車程度の質量である数千キログラムのものをプロキシマ・ケンタウリに合理的な時間枠で送るには、光速のかなりの割合まで加速する必要があります。光速の10パーセントでも、旅は42年かかります。1パーセントなら400年です。
これらは恣意的な数字ではありません。空間の幾何学と、その中を物体がどう動くかという運動学から直接導かれるものです。1キログラムを光速の10パーセントまで加速するのに必要なエネルギーは、およそ4.5×10の15乗ジュールです。これは中規模の原子力発電所の年間エネルギー出力を、たった1キログラムに注ぎ込む量に相当します。粗末な宇宙船でも、生命維持、放射線シールド、減速用推進剤を考慮すれば、最低でも数十万キログラムの質量になります。エネルギーの請求書は、目を見張るほどになります。比喩ではなく、数字として目を見張るほど、タイプ2文明でさえ真剣に向き合わざるを得ない規模で、です。
重力赤方偏移と宇宙の課税
ここからが本当に奇妙な話になります。一般相対性理論は空間を曲げるだけではありません。時間も曲げるのです。重力赤方偏移、つまり重力場における時計の遅れは、重力の井戸から這い上がる光子がエネルギーを失うことを意味します。光子は赤方偏移して到着するのです。これは恒星規模や銀河規模では小さな効果ではありません。中性子星の重力の井戸から這い上がる光子は、その登攀のためにエネルギーのかなりの部分を失います。宇宙は文字通り、その中を移動しようとするエネルギーに課税しているのです。そして重力ポテンシャル差が大きくなればなるほど、その税金も上がっていきます。
通信について考えてみましょう。これは物理的な旅行に対する、より簡単な代替手段とされているものです。船の代わりに信号を送ればよい、と。確かにそうです。しかし信号とはただの光子であり、光子は同じ重力物理学の支配下にあります。光子は距離に対して逆二乗の法則に従って拡散します。星間物質に吸収されます。宇宙マイクロ波背景放射のノイズフロアと競合します。恒星間距離においては、非常に高感度な受信機にとってさえ検出可能な信号にするために投入しなければならないエネルギーは、軽微なものではありません。法外ではありませんが、軽微でもないのです。
これがSETIが、その重要性にもかかわらず、そして携わる人々の真剣さにもかかわらず、聞こえるよりも難しい理由です。誰かが送信しているかどうかを問うているだけではないのです。誰かがあなたの方向に、あなたが監視している周波数で、観測史上のこの特定の瞬間に、ノイズの上で検出可能なだけの出力で送信しているかどうかを問うているのです。必要とされる偶然の一致は、大きいのです。
ホワイトボードに描かれた地図と「請求書」
しかし主題に戻りましょう。重力という糸を最後までたどっていきたいからです。あるとき交わした会話を覚えています。それは1990年代初頭のことで、カルダシェフ・スケールに非常に熱心だった同僚との会話でした。賢い男で、彼はタイプ3文明、つまり銀河全体のエネルギーを利用する文明が、十分な時間さえあれば本質的に避けられないものだと確信していたのです。銀河は100億年にわたって星を形成してきました。何かが始まり、賢くなり、広がるには十分すぎる時間です。
彼はホワイトボードに膨張のフロントを描きました。等比級数的な進行です。文明が光速の1パーセントの速度ででも恒星系を植民地化でき、それぞれの新しい植民地が安定して自前の植民地化ミッションを送り出すまでに数千年かかるとすれば、銀河全体は数億年で植民地化されることになります。100億年と比べれば、それは何でもないのです。彼の結論は、私たちが最初の文明であるか、それは非常に特別な議論が必要になりますが、あるいは誰か他の者が先に到達しており、銀河はそうした文明で満ちているはずだ、というものでした。
私は彼に、何かを忘れていると言いました。彼は何だと尋ねました。私は答えました。請求書だ、と。彼がホワイトボードに描いていたのは、目的地の地図でした。彼が描いていなかったのは、目的地間を移動するために必要なエネルギー支出の地図だったのです。彼は恒星間空間を、ただ横断すればいい平らな表面のように扱っていました。そうではないのです。それは重力の井戸の風景であり、それぞれが入場と退場に通行料を要求する井戸が、補給する手段もないまま莫大なエネルギーを使って獲得した運動量で滑空していくしかない、ほぼ何もない広大な空間でつながっているのです。
太陽系の門を出るコスト
恒星そのもの、太陽系の中心にあって、それを居住可能にしている当のものが、同時に出発を高くつくものにしているのです。太陽のような恒星の周りに住む文明は、脱出速度毎秒617キロメートルの重力の井戸の中に座っています。地球の軌道距離から太陽の重力を完全に脱出するには、およそ毎秒42キロメートルのデルタVが必要です。これは太陽系を離れる実際のコストであり、恒星間旅行のコストではありません。ただ玄関を出るためのコストなのです。
これを複合して考えてみましょう。ある恒星から別の恒星に移動するには、一つの重力の井戸から這い上がり、恒星間空間を横断し、別の井戸に降下しなければなりません。降下は無料に聞こえます。そうではありません。重力の井戸への落下を制御せずに止めなければ、それは衝突と呼ばれるものになります。減速用推進剤なしに目的地の恒星に光速のかなりの割合で到着すれば、ミッションは破滅的に終わります。ですから減速段階は加速段階と同じオーダーのエネルギーを要するのです。請求書は二度払うことになります。
これが、人々が恒星間文明を想像するときに見落としていることだと私は思います。彼らは恒星を地図上の点として、距離をコストとして想像します。距離は主要なコストではありません。重力の井戸こそがコストなのです。あらゆる恒星は罠であり、罠への出入りにはエネルギーがかかり、それが拡大する文明を通じて複利的に積み重なっていきます。これはエネルギー獲得に焦点を当てたカルダシェフの枠組みでは十分に捉えきれない形なのです。
100億の恒星に探査機を送る思考実験
ここで一つ思考実験をしてみたいので、付き合ってください。あなたがタイプ2文明のエンジニアだと想像してください。あなたの恒星は4×10の26乗ワットを与えてくれます。素晴らしい。さて、あなたの文明は、銀河のすべての恒星に自己複製探査機を送ることに決めました。およそ1000億個の恒星です。生物学的な問題は忘れて、エネルギーだけに焦点を当てましょう。
それぞれの探査機は、光速の意味のある割合まで加速し、目的地で減速し、自己複製して娘探査機を先に送り出すのに十分な現地リソースを持つ必要があります。極めて楽観的に、各探査機の質量を1トン、速度を光速の10パーセントとしましょう。その速度での探査機1機あたりの運動エネルギーは約4.5×10の18乗ジュールです。これに1000億の恒星を掛けます。それは探査機ネットワークだけで4.5×10の29乗ジュールになります。あなたの文明の総エネルギー出力は、フルのタイプ2能力で10億年間動作してきたとすれば、およそ10の43乗ジュールです。ですから探査機ネットワークは原理的にはエネルギー的に実現可能です。
しかし、私が今言ったことに注目してください。フルのタイプ2出力で10億年間です。恒星エネルギーのすべてのワットを、10億年間連続して植民地化プロジェクトに注ぎ込むのです。文明が実際に行うこと、文化、科学、内部インフラ、生存、戦争、文明が行うあらゆることにではなく、すべてを、10億年間、探査機を送ることにつぎ込むのです。実在の文明はそうしたことをしません。実在の文明には、エネルギーに対する内部需要があります。摩擦に相当するもの、すなわち複雑性を維持し、生命を支え、そもそもそれらを文明たらしめている情報処理を動かし続けるための熱力学的コストを抱えているのです。
どんな文明でも実際に恒星間拡張に充てられる総エネルギー予算の割合は、100パーセントではありません。それはかなり小さい可能性があり、そのコストは登らねばならないあらゆる重力の井戸ごとにスケールしていきます。
ダークエネルギーと縮みゆく宇宙
さて、ここからがこの議論の中で私が最も説得力があると感じ、最も過小評価されていると考える部分です。ダークエネルギーです。名前はご存じでしょう。皆さんのほとんどが、それが何かをだいたい知っています。宇宙の膨張を加速させているものです。あまり多くの人が理解していないのは、それが宇宙の長期的な地理にとって何を意味するか、ということです。
ダークエネルギーによって駆動される空間の膨張は、十分な距離にある銀河が私たちから後退していることを意味します。それらは光速よりも速く後退しているのです。これは特殊相対性理論への違反ではありません。局所的な物理学は問題なく、間にある空間が膨張しているのです。実用的な帰結は、宇宙論的な地平線が存在するということです。その地平線の向こう側にある銀河は、非常に現実的かつ恒久的な意味で到達不可能なのです。
私たちがまだ十分に速くないから到達不可能なのではありません。原理的に永遠に到達不可能なのです。なぜなら私たちと彼らの間の空間が、いかなる信号や宇宙船も横断できる速度よりも速く成長しているからです。私たちの銀河を含む大規模構造であるおとめ座超銀河団は、宇宙論的な時間スケールでは島になりつつあります。局所銀河群を超えるすべては、最終的に地平線の向こうへと後退していきます。宇宙はただ大きいだけでなく、時間の経過とともにより孤立していくのです。
ダークエネルギーは、ある意味で、宇宙が万物に拡張する重力税を課しているようなものです。それは物質の引力ではなく、真空の斥力的な幾何学を通じて行われるのです。長期的なことを真剣に考える文明にとって、これは深遠な制約です。宇宙はあなたが余裕を持って植民地化できる安定した風景ではありません。それは縮小しつつある機会なのです。長く待てば待つほど、より多くの部分が手の届かないところへ移動していきます。そしてこの局所的ではなく宇宙論的な制約は、いかなる技術的な巧妙さも対処できないものです。なぜならそれは時空の幾何学そのものに組み込まれているからです。
物理学が語ること、語らないこと
正直に申し上げたいことがあります。私がこれらの数字を慎重に検討するとき、そして私はこれを多くの異なる方法で何度も検討してきたのですが、私は高度な文明が存在しない、あるいは存在したことがないという証明には到達しません。それは物理学が実際に教えてくれること以上を踏み越えることになります。私が到達するのは、もっと微妙で、もっと重要だと私が考えるものです。
物理学が教えてくれるのは、フェルミについて懸念する人々が想像するような恒星間文明、植民地化の波と銀河規模の通信ネットワークを持つ種類の文明は、エネルギーだけではなく、重力コストを克服することに費やされる持続的な期間にわたるスケールでのエネルギーを必要とするということです。それは単純に、いかなる文明の実際のリソースと動機が維持できる範囲を超えているかもしれないのです。物理学がそれを禁じているわけではありません。物理学がそれを非常に高価にするので、私たちが何の証拠も見ない理由を説明するのに必要な規模で実際にそれが起こる事前確率が、直感が示唆するよりもはるかに低くなる、ということなのです。
別の言い方をしてみましょう。フェルミのパラドックスは、高度な文明が存在するならば、それらの証拠を見ることが期待できるはずだ、と仮定しています。その期待は、高度な文明が何をするか、すなわち広がり、通信し、銀河規模で見えるものを建設するという描像に依拠しています。そしてその描像は、拡張がエネルギー的に実現可能であり、それが進歩の自然な結果であるという仮定に依拠しています。しかし、もし宇宙の重力経済学が私が説明したようなものであれば、進歩の自然な結果は拡張ではなく、深さなのかもしれません。広がりではなく、銀河規模の帝国ではなく、内側へと向かい、局所的なリソースを最適化し、外へ手を伸ばすコストが利益を上回ることを発見し、洗練された永続的な局所性へと落ち着く文明、というわけです。
恒星に到達するには高すぎると判断した文明は、私たちには見えないでしょう。失敗したからではなく、成功したからこそ、です。そして宇宙のファイリングシステム、つまり重力の井戸の階層が、克服すべき障害ではなく、尊重すべき境界条件であると結論したからこそ、なのです。
グレートフィルターとしての重力
人々が私にグレートフィルターについて尋ねるとき、私はこのことについて考えます。グレートフィルター論は、知的生命の発展の中の何かが非常にあり得ないものだという考えです。それが私たちの背後にあれば、つまり困難なステップが現在の地点に到達することであり、私たちが希少だということになります。あるいは前方にあれば、何かが文明を恒星間に進出する前に破壊し、私たちはまだそれにぶつかっていないということになります。
グレートフィルターに関するほとんどの議論は、生物学や技術や社会学、絶滅イベント、核戦争、気候崩壊、人工知能に焦点を当てます。私が提案したいのは、重力がフィルターであるということです。それが文明を殺すという意味ではなく、それが静かに、数学的に、恒久的に、文明が外部宇宙でできることを制限するという意味で、です。すべてのフィルターが破滅的である必要はありません。あるフィルターは、遠くから見ると開けた空間のように見える壁にすぎないのです。
この文脈でもっと注目に値する具体的な物理学があります。銀河の束縛エネルギーです。私たちの銀河、天の川銀河は、およそ1兆から2兆太陽質量の質量を持ち、その大部分は暗黒物質です。重力束縛エネルギー、すなわち銀河を無限遠まで分散させるのに必要なエネルギーは、10の53乗ジュールのオーダーです。これは非常に大きな数字なので、カルダシェフの体系で銀河全体のエネルギーを利用するタイプ3文明をほとんど空想的に見せるほどです。彼らが銀河の生み出すエネルギーを抽出できないからではありません。原理的にはできます。しかし銀河自身の重力が、そこを移動しようとするあらゆるものに対する絶え間ない出費だからです。太陽の位置から銀河の重力ポテンシャルを脱出するには、およそ毎秒500キロメートルが必要です。銀河規模でどこかへ向かうあらゆる1キログラムは、そのエネルギー負債を背負っているのです。
この点については文献のどこかで、敬意を表しておきたいのですが、物理学者ジェフリー・ランディスが、植民地化の波モデルが破綻するのは、まさに恒星間空間の膨大な通信遅延と多大なエネルギーコストを越えて首尾一貫した文明を維持することの困難さのためだ、という議論をしました。彼の主張は、物理的であると同時に社会学的なものでもありました。娘植民地は分岐し、連絡を失い、異なる目標を発展させるだろう、と。しかし私は、物理的な制約こそが第一義的だと考えます。社会学的な問題は、適切な文化的または制度的構造によって解決することは想像できます。重力の問題を解決することは想像できません。それは選好ではないのです。法則なのです。
重力と情報のホログラフィック原理
ここで、私のキャリアの大部分を費やしてきたものを持ち出したいと思います。なぜならそれは、本当に深遠で、この主題について深く考える人々にさえ過小評価されていると私が考える形で、この問題に結びついているからです。情報、具体的には重力と情報の保存・処理との関係です。
ヤコブ・ベッケンシュタインは1970年代初頭に示しました。私はそこにいてその出来事を見ていました。議論を覚えています。それは良い議論でした。空間の領域に保存できる情報の最大量は、その領域の体積に比例するのではなく、その表面積に比例する、ということです。これがホログラフィック原理であり、過去50年の理論物理学の最も深い結果の一つです。
これが意味することの一つは、重力がエネルギーや運動だけでなく、情報にも限界を課すということです。空間の与えられた体積に無制限の計算を詰め込むことはできません。限界は領域の表面積によってプランク単位で設定されており、ブラックホールの物理学がその理由を教えてくれます。あまりに多くの情報をあまりに小さな空間に詰め込むと、ブラックホールを形成してしまうのです。それは一方通行の扉です。
これが高度な文明の問題にとってなぜ重要なのか。なぜなら、その核心において情報処理システムである文明、文明とはそれ以外の何物でもないわけですが、それは何を計算し、保存し、伝達できるかについてのホログラフィック境界の支配下にあるからです。銀河規模の文明は、重力の井戸を移動するエネルギーコストと戦っているだけではありません。関与する距離を越えて何が知られ、処理され、伝達されうるかについての情報理論的な限界とも戦っているのです。
恒星系間の通信遅延は単なる不便ではありません。それは分散情報処理システムの首尾一貫性に対する根本的な限界なのです。構成要素が光年単位で離れている文明は、単一の惑星上の文明が行えるような統一された知的実体として行動することはできません。光速と銀河の重力構造は、それらにまたがろうとするあらゆるものに、ある種の認知的断片化を課すのです。
私はこれを技術的な議論としてだけでなく、概念的な議論としても説得力があると感じます。私たちは高度な文明を、私たちよりもより統合され、より統一され、より協調的な行動が可能なものとして想像しがちです。しかし物理学はその逆を示唆しています。文明が広がれば広がるほど、それは断片化していきます。宇宙の重力構造と相対論的構造は、拡張に対して首尾一貫性で報いることはありません。それは拡張に対して、遅延、エネルギーコスト、情報的孤立で罰を与えるのです。
中央のハブから植民地化の波を指揮する銀河規模の統一された知性という像は、技術的なファンタジーであるだけではありません。有限の光速と、すべてのものをすべてのものから分離する重力構造を持つ宇宙において、それは物理的に不可能なのです。
ブラックホール戦争という余談
ブラックホール戦争についてお話ししましょう。これがこの問題に関連していて、脇道に逸れる価値があると思うからです。約20年間、Stephen Hawkingと私は物理学の最も根本的な問題の一つについて意見を異にしていました。情報がブラックホールに落ちると、それは破壊されるのか。Hawkingはイエスと言いました。私はノーと言いました。
これは些細な意見の相違ではありませんでした。それは量子力学、科学史上最も精密に検証された理論が、根本的に真であるのか、それとも近似的にしか真でないのか、という問題だったのです。Hawkingは、重力が情報を破壊できると言っていました。それは事象の地平線で量子力学が破綻することを意味します。私は、それは正しくありえない、情報は常に保存される、宇宙は物事の追跡を失わない、と言っていました。
私たちはこれについて何十年も議論しました。最終的に、理論的かつ間接的な証拠は私の側にありました。情報は破壊されないのです。それはスクランブルされ、遅延し、変換されますが、失われません。ブラックホールは情報を削除しません。それを暗号化するのです。
このことを持ち出した理由は、それが重力と情報がどう相互作用するかについての重要な何かを示しているからです。重力は情報を破壊しません。しかし重力は絶対的にそれを変換し、スクランブルし、遅延させ、外部のいかなる観測者にとっても事実上アクセス不可能な形で表面に広げます。ブラックホールは宇宙で最も極端な情報処理装置です。そしてそれが教えてくれるのは、重力と情報が深く、不可分に結びついているということです。ホログラフィック原理は珍奇なものではありません。それは時空が何であり、その中で何が起こりうるかについての根本的な事実なのです。
そしてそれを真剣に受け取り、ホログラフィック境界を計算と通信に対する物理的制約として真剣に受け取れば、銀河規模の文明という像は、単に高価なだけでなく、構造的に首尾一貫しないものになります。狂っているという意味ではなく、文字通りの意味で首尾一貫性を欠く、必要とされるスケールにわたって統合された情報処理を維持する能力を欠く、という意味で、です。
沈黙が告げるもの
沈黙が実際に何を告げているのか、私の考えをお話しします。宇宙は138億年の歴史を持ち、文明を恒星間または銀河間スケールで可視にするような種類の拡張に対して、深く構造的に敵対的です。危険であるという意味で敵対的なのではありません。確かに危険ではあります。高価であるという意味で敵対的なのです。
宇宙の重力地理は、移動が残酷にスケールする量のエネルギーを要する風景です。時空の情報理論的構造は、分散システムが首尾一貫してできることを制限します。そしてダークエネルギーによって駆動される宇宙の継続的な膨張は、いかなる場所にいる誰にとっても、宇宙のアクセス可能な部分を絶え間なく縮小させていきます。
この風景を考えれば、自然な問いはみんなどこにいるのか、ではなく、なぜ私たちは彼らを見ることを期待すべきなのか、というものになります。私たちは物理学の漫画版に基づいた期待を構築しました。空間が平坦で、距離がコストで、エネルギーは解決されるべき技術的な問題に過ぎず、拡張が知性の自然な結果である、というものです。これらの仮定はどれも、実際の一般相対性理論と実際の熱力学との接触に耐えられないのです。
私は宇宙が空だと言っているのではありません。宇宙が空かどうか、私には本当に分かりません。これは私を夜眠れなくする問いの一つで、その理由について正確に述べたいと思います。生命が他に存在するかどうかという問いは、私がしてきた議論によって答えられるものではありません。私がしてきたのは可視性についての議論であり、私たちにとって検出可能なような種類の文明を物理学が許容するかどうかについての議論です。それらは異なる問いなのです。
自らの太陽系に重力的に閉じ込められた文明、エネルギー的な現実によって決断したか、あるいは強いられて、外側ではなく内側に建設することにした文明で満ちた宇宙は、私たちにはまさに空の宇宙のように見えるでしょう。沈黙は不在の証拠ではないのです。コストの証拠なのです。
宇宙定数という最大の謎
しかし、私を最も不安にさせるのは次のことです。これで終わりにしたいのですが、それは私が言える最も誠実なことだと思うからです。私たちは宇宙定数、加速膨張を駆動しているもの、宇宙のアクセス可能な体積を宇宙論的時間にわたって縮小させているものが、なぜ現在の値を持つのかを知りません。その値は精度よく分かっています。それがなぜゼロではないのか、なぜ大きくないのか、私たちは知らないのです。
場の量子論の文脈では、真空のエネルギー密度に対する自然な予測は、私たちが観測するものよりも50から120桁大きいような何かです。これは物理学史上最悪の予測です。実際の値は、極めて小さいけれども、ゼロではないのです。そしてその小さなゼロでない値こそが、加速膨張を引き起こしているまさにその原因です。それがどんな場所のどんな文明にとっても、宇宙を縮小しつつある機会にしているのです。
もし宇宙定数がゼロであれば、宇宙は膨張しているけれども減速しており、原理的には十分な時間があればそのすべてがアクセス可能なままだったでしょう。もしそれがはるかに大きければ、銀河は決して形成されなかったでしょう。それが銀河は形成されるが膨張が最終的に支配する狭い範囲、宇宙が居住可能だが究極的には孤立させる範囲に位置しているという事実は、物理学における最も深い未解明の事実の一つかもしれません。
ここで人間原理を持ち出す人々もいて、私自身それについて複雑な見解を持っていますが、それはまた別の講義一回分を要するでしょう。しかしポイントは、宇宙の重力構造、宇宙論的スケールにおいて、すべての文明を静かに島にしているもの、それ自体が説明されていない、ということです。私たちはそれを導出することができません。ただ測定し、なぜそれがそうなのかを知らないと認めることしかできません。それは心地よい立ち位置ではありません。しかし誠実な立ち位置です。
物理学からの答え
空の沈黙は社会学的な説明を待つ謎ではありません。文明がなぜ自滅するのか、探索への興味を失うのか、沈黙を選ぶのかについての物語ではないのです。それは物理学の問題なのです。それには物理学の答えがあるか、少なくとも答えへの物理学の貢献があります。
重力は高価です。情報は有界です。宇宙は膨張します。そして銀河に向けて自らを宣言したいと願うものは、130億年にわたって利息を課してきた宇宙において、これら三つの請求書を同時に支払わなければならないのです。
次に誰かがフェルミのパラドックスは私たちが孤独であることの証拠だ、あるいは高度な文明に何か恐ろしいことが起こることの証拠だ、と言ってきたら、一つだけ質問してみてください。本当にエネルギー予算を計算したのか、と。ロケット方程式、脱出速度、ホログラフィック境界、宇宙論的地平線、そして恒星間距離にわたって複雑性を維持する熱力学的コストと、座って向き合い、数字を持って戻ってくるよう求めてみてください。彼らのほとんどは戻ってきません。そして空の沈黙以上に、それこそが私たちに考えさせるべきことなのです。
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