画像の名前である「フラマリオンの彫刻」は、ピンとこないかもしれませんが、何度も見たことがあるでしょう。マントを着てステッキを握りしめている旅行者を描いています。彼の後ろには、町や木々の変化に富んだ風景があります。すべてを取り囲んでいるのは、無数の星々に囲まれた水晶の殻です。彼の世界の端に到達すると、旅行者は反対側に突き進み、光と虹と火のまったく新しい世界に目がくらむ.
この画像は、1888 年にフランスの天文学者カミーユ フラマリオンの本に初めて掲載されました。 （元の彫刻は白黒でしたが、現在はカラー化されたバージョンがたくさんあります。） 彼は、空は天体が取り付けられたドームのように見えるが、印象は欺かれている. 「私たちの祖先は」とフラマリオンは書いています。しかし、ヴォルテールが述べているように、これは蚕が宇宙の限界を求めて自分の巣を奪ったのと同じくらい理にかなっています。」
彫刻は人類の知識の探求の象徴と見なされるようになりましたが、私はフラマリオンの意図に沿って、より文字通りの読み方を好みます.科学の歴史の中で、私たちは何度も既知の世界の端に穴を見つけ、突き抜けてきました。宇宙は、土星の軌道でも、天の川の最も外側の星でも、私たちの視野の最も遠い銀河でも終わりません。今日、宇宙論者は、他の宇宙全体が存在する可能性があると考えています.
しかし、それは量子力学が明らかにするものと比較すると、ほぼ日常的なものです.それはドームの新しいオープニングではなく、新しい種類です。 オープニングの。物理学者と哲学者は、量子論が何を意味するのかについて長い間議論してきましたが、何らかの形で、私たちの感覚の範囲を超えた広大な領域を明らかにすることに同意しています.おそらく、この原理の最も純粋な具体化、つまり量子論の方程式の最も直接的な解釈は、1950 年代にヒュー エベレットによって提唱された多世界解釈です。この見方では、起こり得るすべてのことは、実際には膨大な数の宇宙のどこかで起こり、量子論の確率は、何らかの結果を経験している宇宙の相対数を表しています。南カリフォルニア大学の物理哲学者である David Wallace が 2012 年の著書 The Emergent Multiverse で述べたように、 、量子力学を文字通りに解釈すると、「世界は私たちが予想していたよりもかなり大きいことが判明しました。実際、私たちの古典的な「世界」は、はるかに大きな現実のほんの一部にすぎないことがわかりました。」
この一連の宇宙は、一見したところ、宇宙論者が話しているものとは大きく異なっているように見えます。宇宙論的多元宇宙は、銀河よりも大きなスケールでの宇宙の均一性を説明しようとするモデルから生まれました。推定されるパラレル ユニバースは、時空の遠く離れた別個の領域であり、独自のローカル ビッグバンの結果であり、独自の量子泡の泡 (または宇宙が発生するものは何でも) から進化します。それらは、銀河とほぼ同じようにそこにいます。宇宙船に乗ってそれらに移動することを想像できます.
対照的に、エヴェレットの多くの世界はここにあります。この概念は、実験室測定のプロセスを理解するための努力から生まれました。雲室に痕跡を残す粒子、磁石によってそらされた原子、光を発する高温の物体:量子論と首尾一貫した解釈の探求を動機付けたのは、これらの種類の実践的な実験でした。測定中に発生する量子の「分岐」は、私たちが住んでいる空間と重なる新しい世界を生み出します。
しかし、これら 2 種類のマルチバースには多くの共通点があります。どちらの種類も、心の目でのみ訪れることができます。スターシップで別のバブルの宇宙にたどり着こうとすると、その間のスペースは通過するよりも速く膨張します。したがって、泡は互いに切り離されます。同様に、私たちは本質的に、量子多元宇宙の他の宇宙に対して盲目です。これらの別の世界は現実のものではありますが、永遠に見えないままです。
さらに、量子多元宇宙は宇宙論のために開発されたわけではありませんが、宇宙論に特に適しています。従来の量子力学 (ニールス ボーアと彼の共同研究者によって採用されたコペンハーゲンの見解) では、観察者と観察されているものを区別する必要があります。これは、標準的な実験室物理では問題ありません。観察者はあなたであり、実験はあなたが観察しているものです。しかし、調査対象のオブジェクトが宇宙全体である場合はどうなるでしょうか?宇宙を測定するために宇宙の「外」に出ることはできません。多世界解釈は、そのような人為的な区別をしません。新しい論文で、カリフォルニア工科大学の物理学者であるショーン・キャロルは、大学院生のジェイソン・ポラックとキンバリー・ボディと共に、宇宙論的多元宇宙における宇宙の創造に多世界解釈を直接適用しています。 「従来の量子力学で非常に希望に満ちたものはすべて、原則として[エベレットの見解では]計算可能になります」とキャロルは言います。
最後に、2 種類の多元宇宙は、観測に対して同一の予測を行います。唯一の違いは、可能な結果を異なる場所に配置することです。キャロルは、「さまざまな状態が時空の広く離れた領域に位置する宇宙論的多元宇宙と、さまざまな状態がすべてここにあり、波動関数のさまざまな分岐にある局所的な多元宇宙」との間の同等性を見ています。
MIT の宇宙学者 Max Tegmark は、2002 年の講演でこのアイデアを具体化し、2014 年の著書 Our Mathematical Universe に発展しました。 .彼は、マルチバースのいくつかの「レベル」について説明しています。レベル I は単に、私たち自身の宇宙の非常に遠い領域を指します。レベル III は、量子多世界に対する彼の用語です。 (彼にはレベル II と IV もありますが、ここでは気にする必要はありません。) レベル I と III の類似性を確認するには、確率の性質について考える必要があります。何かが2つの異なる結果をもたらす可能性がある場合、そのうちの1つしか表示されませんが、もう1つの結果も巨大な宇宙の他の部分またはここにあるパラレルワールドで発生したことを確認できます.宇宙が十分に大きく、物質で満たされている場合、地球上で発生するイベントは他の場所でも発生し、それらのイベントのあらゆるバリエーションも発生します。
たとえば、原子を一対の磁石に向けて飛ばす実験をするとします。 50-50 の確率で下部の磁石または上部の磁石に向かって向きを変えることがわかります。多世界ビューでは、ラボ内で重複する 2 つの世界があります。 1つは、アトムが上昇します。他の場合は下がります。宇宙論的多元宇宙には、地球の同一の双子が形成された他の宇宙 (または私たちの宇宙の一部) があり、ヒューマノイドの生き物が同じ磁石実験を実行しますが、異なる結果が得られます。数学的には、これら 2 つの状況は同一です。
マルチバースの種類が似ていることは言うまでもなく、誰もがマルチバースを受け入れるわけではありません。しかし、これらのアイデアはまだ暫定的なものであることを念頭に置いて、それらが私たちをどこに連れて行くか見てみましょう.彼らは急進的な考えを示唆している:2 つの多元宇宙は実際には異なるものではないかもしれない — 多世界観は宇宙論的多元宇宙と同じである.それらが異なっているように見える場合、それは私たちが現実について間違った方法で考えてきたからです.
スタンフォード大学の物理学者レナード・サスキンドは、2005 年の著書 The Cosmic Landscape でこの等価性を提案しました。 . 「エベレットの多世界観は、最初は、永遠に膨張するメガバースとはまったく異なる概念のようです」と彼は書いています（宇宙論的多元宇宙に対する彼の好みの用語を使用して）。 「しかし、この 2 つは実際には同じものである可能性があると思います。」 2011 年に、彼とバークレーの物理学者 Raphael Bousso は、この 2 つは同じであると率直に述べる論文を共著しました。彼らは、量子力学に関連する確率と、理論が位置や速度などの古典的なカテゴリを生み出すデコヒーレンスの現象を理解する唯一の方法は、多世界像を宇宙論に適用することであると主張しています。彼らが主張する自然な結果は、宇宙論的多元宇宙です。同年、カリフォルニア大学バークレー校の野村康典も同様の主張を行い、「量子測定プロセスと多元宇宙の完全に統一された扱いを提供する」と述べた論文を発表しました。 Tegmark は、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の Anthony Aguirre と共著した 2012 年の論文で同様の主張をしています。
この見方では、量子多世界はここではなく、そこにあります。テグマークは、量子波動関数は、「オブジェクトが何をしているかについてのファンキーな想像上の可能性の集まりではなく、私たちの無限空間に存在するオブジェクトの同一のコピーの実際の空間コレクション」を説明していると書いています.
Bousso 氏によると、重要なのは自分の視点について慎重に考えることです。すべての可能性が一度に展開する多元宇宙を神の目で見ることを想像してみてください。確率はありません。ある場所で、すべてが確実に起こります。しかし、ここ地球に根ざした私たち自身の限られた視点から見ると、さまざまなイベントがさまざまな確率で展開されます。 「私たちは、すべてがどこかで起こっているが、誰もそれをすべて見ることができないグローバルな画像と、原則として調査できるパッチが 1 つあるローカルな画像とを交換します」と Bousso 氏は言います。
グローバルからローカルにナビゲートするには、宇宙をスライスして、測定可能なものと測定できないものを分ける必要があります。ブッソが言うように、測定可能な部分は「因果パッチ」です。それは、今日観測可能な宇宙だけでなく、私たちの遠い子孫がアクセスできる宇宙の領域など、私たちに影響を与える可能性のあるすべてのものの合計です.時空の残りの部分から因果パッチを精神的に切り離すことで、どのような観測を行うことができるかを理解することができ、その結果は昔ながらの量子力学になります.
この観点からすると、量子事象が不確実である理由は、私たちが多元宇宙のどこにいるのか不確実だからです.無限の空間には、あらゆる点であなたと同じように見え、行動する生き物が無数にいます。クラシック ニューヨーカー 漫画は問題の核心に到達します。広大な氷の上に、すべて同じペンギンの群れが見えます。ペンギンの 1 匹が、「私はどっち？」と尋ねます。
かわいそうなペンギンは、近くの流氷との位置関係を三角測量することを期待しているかもしれませんが、多元宇宙ではそのような基準点がないため、複数の自己を区別することはできません.オックスフォード大学の物理学者であり、キャロルやテグマークと同様に、多くの世界の確固たる支持者である David Deutsch は、彼の著書 The Fabric of Reality に次のように書いています。 ：「同一のコピーのどれが私であるかを尋ねることが物理的に意味があると仮定することは、答えを与えることができる多元宇宙の外に何らかの参照枠があると仮定することです.左…」しかし、それは何の「左」であり、「3番目のもの」はどういう意味ですか?」 「多元宇宙の外からの視点」はありません。
本質的には、量子力学における確率の概念は、単に「レベル I の多元宇宙で自己位置を特定できないこと、つまり、宇宙全体にある無限に多数のコピーのどれがあなたの主観的な知覚を持っているものであるかを知ることができないこと」を反映していると Tegmark は主張します。言い換えれば、自分が誰なのか確信が持てないため、イベントは確率的に見えます。実験がどのように展開するかを確信する代わりに、すべて展開します。 仕方;どの「あなた」がどの結果を観察するのか、あなたは単に確信が持てません.
Bousso にとって、このアプローチの数学的成功は十分であり、これらの融合された多元宇宙のより深い重要性をどのように解釈するかについて、彼は睡眠を失うことを好まない. 「最終的に重要なのは、自分の理論がどのような予測を立て、それが観測結果とどのように比較されるかだけです」と彼は言います。 「[宇宙の] 地平を超えた領域は観測できず、波動関数の分枝も到達できませんでした。いずれにせよ、それらは計算を行うために使用するツールにすぎません。」
しかし、物理理論に対するそのような道具主義的な見方は、多くの人を満足のいくものではないと考えています。それが何を意味するのか、私たちはまだ知りたいと思っています。研究所の文字盤の読み取り値が、時空の無限の泡の存在をどのように裏切ることができるのか.ニューヨーク市立大学の科学哲学者 Massimo Pigliucci は次のように述べています。これらは[他の世界]です。」
おそらく、多元宇宙の品種間のつながりを理解する 1 つの方法は、時間と空間に対する従来の見方を更新する必要があるということです。多元宇宙が外と下の両方に存在する場合、それはおそらく、「そこ」と「ここ」という私たちのカテゴリーが失敗していることを示しています.
ほぼ 20 年前、Deutsch は The Fabric of Reality で主張しました。 多元宇宙が新しい時間の概念を誘うということです。日常生活でも、物理学でも、ニュートンのように絶え間なく流れる時間のようなものの存在を前提としています。多元宇宙は、一般に、時間とともに展開する構造として説明されます。実際には、時間は流れたり経過したりしませんし、不思議な方法で進行することもありません。時間は、私たちが動きを定義する手段です。それ自体は移動できません。したがって、多元宇宙は進化しません。 ただ . Deutsch は次のように書いています。それらの用語は時間の流れを前提としています。」
多元宇宙を時間内に展開するものと考えるのではなく、時間を多元宇宙内で展開するものと考える必要があると Deutsch は考えています。それ以外の場合は、他の宇宙の特殊なケースにすぎないと彼は言います。 (独立した物理学者のジュリアン・バーバーも、1999 年の著書 The End of Time でこの考えを探求しました。 .) これらの他の宇宙のいくつかは、私たち自身の宇宙、つまり私たちの「今」に非常によく似ているため、それらを別々の宇宙としてではなく、宇宙の物語の一部として解釈しています.私たちにとって、彼らは宇宙にいるのではなく、私たちのタイムラインに沿っています。多元宇宙を一度に体験できないのと同じように、この無限の瞬間の配列を一度に体験することはできません。代わりに、私たちの経験は、埋め込まれた観察者としての私たちの視点を反映しており、単一の瞬間に住んでいます。グローバルな視点からローカルな視点に移行することで、私たちは時間の見慣れた罠を取り戻します。
私たちの宇宙の概念も、多元宇宙によって刷新されるかもしれません。 「なぜ世界は古典的に見えるのですか？」キャロルが尋ねる。 「どうして時空は四次元なの？」マルチバースのマージの問題についてブログを書いているキャロルは、エベレットがそれらの質問に答えていないことを認めています。
彼と他の人々は、宇宙は基本的なものではなく、創発的な現象であると信じています。しかし、それは何から出てくるのでしょうか ?実際に存在する「モノ」とは？キャロルにとって、エベレッティアンの写真は、この質問に対する非常に単純な答えを提供します。 「世界は波動関数です」とキャロルは言います。 「これはヒルベルト空間の要素です。それだけです。」
ヒルベルト空間は、量子波動関数に関連付けられた数学的空間です。これは、システムの可能なすべての状態を抽象的に表現したものです。これは通常のユークリッド空間に少し似ていますが、システムが持つことができる状態の数に応じて可変数の次元があります。量子ビット (量子コンピューターの基本的なデータ単位で、「0」または「1」、またはそれらの組み合わせのいずれか) は、2 次元のヒルベルト空間を持ちます。位置や速度などの連続量は、無限次元のヒルベルト空間に対応します。
通常、物理学者は実空間に存在するシステムから始めて、そのヒルベルト空間を推定しますが、キャロルはそのプロセスを逆にすることができると考えています。宇宙のすべての可能な状態を想像し、システムがどのようなタイプの空間に存在する必要があるかを考え出します。システムは単一の空間ではなく、同時に複数の空間に存在する可能性があり、そのようなシステムをマルチバースと呼びます。この見方は、「時空が創発的であるという考えに非常に自然に適合します」とキャロルは言います。
一部の人々、特に哲学者は、このアプローチに躊躇します。ヒルベルト空間は完全に正当な数学的ツールかもしれませんが、それは私たちがそこに住んでいるという意味ではありません.多世界観の強力な支持者であるウォレスは、ヒルベルト空間は文字通り存在する構造ではなく、文字列、粒子、フィールド、または宇宙が最終的に構成されているものであれば、実際の物理的なものを説明する方法であると述べています。 . 「私たちがヒルベルト空間に住んでいることには比喩的な意味がありますが、文字通りの意味ではないかもしれません」と彼は言います。
ヒュー・エベレットは、彼のバージョンの量子力学への関心が再び高まるのを目の当たりにするほど長生きしませんでした。彼は 1982 年に心臓発作で 51 歳で亡くなりました。彼の妻は、彼の指示に従って、彼の灰をゴミ箱に捨てました。しかし、彼のメッセージはついに定着するかもしれません。それは次の 4 つの言葉で要約できます。量子力学を真剣に考えてください。 そうしてみると、世界は想像していたよりも大きく、豊かであることがわかります。ヴォルテールの蚕が自分の巣だけを見たように、私たちは多元宇宙のほんの一部しか見えていませんが、エベレットと彼の足跡をたどった人々のおかげで、私たちは結晶殻の亀裂をすり抜けることができるかもしれません。天が出会う」と、その先にあるものを垣間見ることができます.
Dan Falk は、トロントを拠点とする科学ジャーナリストです。彼の著書には シェイクスピアの科学、時間を求めて、そして Tシャツの宇宙。 @ダンファルク
リード画像:東京のオモハラ ショッピング センターにある多面的な万華鏡のような鏡張りのエントランス。 Jeremy Sutton-Hibbert/Getty Images.
この記事は最初に公開されました 2017 年 1 月の Nautilus Cosmos。
