これまでの科学の歴史は、還元主義の勝利でした。生物学は化学に還元でき、化学は原子物理学に還元でき、原子は電子、クォーク、グルオンなどの素粒子でできています。現在知られている 25 個の素粒子は、まだ発見されていないより小さな実体でできている可能性があります。素粒子物理学の同僚のほとんどは、確かにそう考えています。しかし、キアラ・マルレットが正しければ、還元主義の成功は一筋縄ではいかない。次に優れた自然の法則は、微視的な物体ではなく、巨視的な物体からもたらされる可能性があります。彼女の秘密の成分？反事実。
アドルフ・ヒトラーが生まれていなかったと想像してみてください。これは事実に反するものであり、一般的な用語では「反事実」です。 できることとできないことの科学 、彼女の最初の本 (Nautilus で抜粋) ) Marletto は反事実のより広い定義を使用します。彼女は、現代の物理学は反事実を考慮しておらず、これが「進歩の妨げになっている」と主張しています。
現代の物理学に欠点があることは確かに真実です。おそらく、現在物理学で使用されている法則はすべて同じように機能するためです。まず、初期状態として知られる、ある時点でのシステムの構成を完全に指定する必要があります。 .次に、力学法則と呼ばれることが多い方程式があります。 または進化方程式 —これは初期条件に作用します。最後に、進化方程式を初期状態に適用することにより、任意の時点でのシステムの構成を計算できます。たとえば、矢の位置と初速度を指定すると、ニュートンの法則を使用して矢が着地する場所を計算できます。
現在、物理学のすべての基本理論は、この初期条件と進化方程式の分割を使用しています。そして、これらの理論は私たちを大きく前進させましたが、Marletto が指摘するように、それらには限界があります。最も重要なことは、そのような理論はそれ自体の初期条件を説明できないということかもしれません:予測を行うには、入力として初期条件を提供する必要があります。そうしないと、何も計算できません。これは、たとえば、なぜ宇宙がそのような形で始まったのかを解明したい場合、別の種類の理論が必要になることを意味します。
現在の理論は、宇宙で複雑さがどのように成長するかを説明するのにも苦労しています.宇宙が複雑さを生み出す可能性があることはわかっていますが、物理学者は、初期条件と進化方程式の組み合わせでこの特性を特定する方法を知りません。また、量子力学は時間の順序に問題があるようで、まったく新しいタイプの法則が必要であることを示している可能性があります。
Marletto の本は、イギリスの物理学者 David Deutsch と一緒にコンストラクター理論を開発した数年間の研究の要約です。コンストラクター理論を説明するための私の最善の試みは、自然法則が可能なことと不可能なことを区別すると仮定することです。これを説明する最良の方法は、初期条件や進化の法則ではなく、巨視的なオブジェクトである コンストラクター を使用することです。 —特定のタスクを実行できますが、他のタスクは実行できません。これらのコンストラクターで重要なのは、それらが何でできているかではなく、何ができるか、何ができないかです。
たとえば、エネルギーは生成も破壊もできません。これは経験的に非常に正確であることがわかっています。それは不可能についての声明です。または、量子力学では、元のシステムを破壊せずにシステムの状態を完全にコピーすることはできないという事実を考えてみてください。これもまた不可能です。熱力学の第 2 法則を破る機械である Perpetuum mobiles も不可能です。
物理学者は現在、そのような不可能性を自然の法則の結果として扱っています。コンストラクター理論では、代わりにそれらを出発点として取り上げることを示唆しています。巨視的なオブジェクトが持つことができるプロパティから始めて、これらのオブジェクトの微視的な構成要素が何をすることができなければならないかを推測します。それは頭の中で還元主義を変えています。
一般的なアイデアは私には有望に思えますが、コンストラクター理論は、2012 年に Deutsch が提案して以来、あいまいなままであることで有名です。悲しいかな、本を読んで、私はあまり賢くありません。コンストラクター理論が実際にどのように機能するか、またはそれが何に役立つかを説明しないだけでなく、彼女は物理学について多くの主張をしていますが、それらは私がまったく不可解であることがわかりました.
まず、Marletto は、現在の物理学は反事実を使用していないと主張します。それが、彼女のアプローチで解決できると彼女が主張する想定される問題です。しかしもちろん、物理学では反事実を使用します。確率論的な天気予報を行うたびに、できることについて声明を出します 初期状態が異なっていれば起こりました。宇宙の銀河フィラメントの構造を計算するたびに、可能なことについて声明を出しています。 物質の分布が別のものだった場合に起こりました。量子力学で相関関係を計算するたびに、可能性について説明します 他の何かを測定した場合に起こりました。これらはすべて反事実です。 Marletto はこれらのテクニックについて言及していません。
代わりに、彼女は「還元主義者」を非難します。彼らは、情報、熱力学、意識などの緊急基準を「科学の外」として「却下」していると主張しているからです。しかし、私はこれを行う還元主義者に会ったことがありません。正反対に、還元主義者は通常、意識は科学によって説明できると強調します。正確になぜなら それは、脳を構成する多くの粒子の相互作用から生じます。
Marletto が書いていることとは対照的に、還元主義者はまた、創発的な特性に関する説明はすべきではないことを強調することもよくあります。 基本的ではないという理由だけで却下されます。実際のところ、創発的な理論は通常、その適用レベルでより有用なものです。 Marletto 自身が論じている例を挙げると、正気の人間なら、コンピュータの機能をそれを構成する素粒子の観点から説明する人はいないでしょう。還元主義は、これが有用であるとではなく、可能であると言います。これらの 2 つのこと (巨視的なレベルでの記述は、より有用でありながら派生しています) は互いに矛盾していません。
問題の一部は、Marletto が還元主義や創発によって何を意味するのかを説明していないことにあると思います。上記で、システムの構成要素の法則から導出できる複合システムのプロパティを意味するために創発を使用しましたが、構成要素のレベルでは意味がありません。たとえば、導電率は材料の特性ですが、個々の電子には意味がありません。温度は別の例です。水中の波、サイクロン、自己再生能力 - これらはすべて創発的な特性です。
哲学者は、これをより具体的に「弱い出現」と呼ぶことがよくあります。代わりに、「強い出現」とは、構成要素の法則から導き出すことができない巨視的なシステムにおける特性の仮説上の存在です。現実の世界で強い創発の既知の例はありません (そのため、物理学者は通常、「創発」という言葉を「弱い創発」の同義語として使用します)。存在論的還元主義 (私たちが現在知っている限り) が正しいということは、強い創発が存在しないことを意味します:原則として、すべては素粒子の法則と力それらの間の。
この区別 (およびさまざまなタイプの還元主義の区別も) が Marletto の議論にとっていかに重要であるかを考えると、明確化する価値があったでしょう。また、これらのコンストラクターが実際に何のために必要なのか、私には不明なままです。
彼女が議論している例の 1 つは、現在の理論では達成できないことをコンストラクター理論で達成できる場合で、真に不可逆的な巨視的な法則を提供することです。標準的な方法によって得られる弱い創発法則は、すべての実際的な目的のために、元に戻すことはできませんが、原理的には元に戻すことができます。これは、いくつかの逆のプロセス (卵を割るなど) が理論的には可能であることを意味しますが、実際には非常にありそうにないため、観察することはありません。とにかく、それは標準的な説明です。
コンストラクター理論では、そのようなプロセスはありそうにないというよりも、実際に不可能になる可能性があります。しかし、標準的なアプローチはすべての観測と互換性があるため、実際には何も変更する必要はありません。
最終的に、Marletto の本は読みやすくはあるものの、それほど啓発的ではないことがわかりました。繰り返しますが、期待しすぎたのかもしれません。開発の初期段階にあるアイデアの魅力を伝えるのは困難です (どのように知っているか尋ねてください)。とはいえ、これは科学の大部分に関するものなので、刺激的で若い研究トピックへの洞察を読者に与えようとする Marletto の努力に感謝します。 できることとできないことの科学を読んだ場合 、作成中の科学史を目の当たりにしている可能性があることを覚えておいてください.
Sabine Hossenfelder は のリサーチ フェローです。 フランクフルト高等研究所では、一般相対性理論の修正、現象論的量子重力、量子力学の基礎に取り組んでいます。物理学の基礎で何がうまくいかないのかについてもっと知りたい場合は、彼女の本を読んでください Lost in Math:美しさが物理学を迷わす方法. Twitter で彼女をフォロー @skdh.
