私たちはそれを見ると美しさを認識しますよね？ミケランジェロのダビデ 、マチュピチュ、海の日の出。宇宙そのものについても同じことが言えますか？マサチューセッツ工科大学の物理学教授であるフランク・ウィルチェックは、それが可能だと考えています。そしてすべきです。彼の新著 A Beautiful Question:Finding Nature's Deep Design の中で 、Wilczek は、数学の優雅さと自然の基礎となる法則の一貫性を主張しています。
Wilczek は、David Gross と H. David Politzer と共に、物理学の基本的な力の 1 つである強い相互作用を支配する方程式を発見したことで、2004 年のノーベル物理学賞を受賞しました。彼らの「漸近的自由」の発見は、クォークが互いに近づくにつれて、それらの間の電荷が弱くなることを示しました.
Wilczek の専門は量子論ですが、彼の研究の影響は宇宙論、つまりブラック ホール、暗黒物質、および無から何かがどのように発生するかという古くからの謎の研究において明らかです。現在 64 歳の彼は、数学の学生だった頃から自然の中でデザインを探してきました。 「私はパターンで遊んで、そのような抽象化について考えるのが好きでした」と彼は言います。 「私は、哲学の一分野である数理論理と、心の仕組みの理論に非常に興味がありました。抽象的なパターンが心の働きにどのようにマッピングされるかを理解しようとして、神経生物学とコンピューター サイエンスを学びました。」
Wilczek は、理論物理学者としての第一人者であるだけでなく、哲学の学生であり、詩人 William Blake やルネッサンス期のイタリア人建築家 Filippo Brunelleschi の崇拝者でもあります。会話中、彼はすぐに笑い、ひも理論、マトリックスについて話しているかどうかにかかわらず、あるアイデアから次のアイデアへと飛躍することを明らかに喜んでいます。 、動物本来の知性、またはニール・デグラス・タイソンのような科学者が持つ誤った考え方の哲学。
自然のデザインには美しさがあるとおっしゃいましたね。それは美学の問題のようです。科学的な疑問ですか?
それは科学的な問題です。私が対処しようとしている正確な問題は、世界が美しいアイデアを体現しているかどうかです。それは一方では世界について、他方では美についての質問です。美しさは主観的であり、さまざまな形で現れることで有名ですが、芸術と哲学には歴史的な記録があり、人々が客観的に美しいと感じたものを調べることができます.科学を参考にして、自然の基本法則から生まれる概念が、人々が美しいと感じるものと共通点があるかどうかを比較することができます。
世界が美しいかどうかは科学者にとって重要ですか?
科学が残りの人生から隔てられているとは思いません。そうです、世界が美しいかどうかは私にとって非常に重要です。これは、物理学者、エンジニア、デザイナーにとっても現実的な問題です。物理学の最前線では、私たちは非常に小さく、非常に大きく、非常に奇妙な領域を扱っています。日常の経験は良いガイドではなく、実験は困難で費用がかかる場合があります。したがって、直感の源は、日常の経験や大量の事実の蓄積からではなく、自然の法則に内なる一貫性と調和をもたらすものについての感情です。私の仕事は、法律をより美しくしようとすることによって導かれてきました.
美しい法則とは?
人々が美しいと感じる法則と方程式の共通点として、2 つの点が際立っています。 1 つは、私が熱狂または生産性と呼んでいるもので、投入した以上のものを手に入れることができます。手がかりをまとめて推測することで方程式または法則を見つけ、それから他の 7 つのことを説明することができ、自分が順調に進んでいることがわかります。右トラック。投入した量よりも多くの量を排出します。対称性は、自然の基本法則において特に顕著です。一般的に使用されるように、対称性は漠然としていますが、どういうわけか調和と美しさを意味します.科学的な使用法はより正確であり、非常に実り多いものです。相変わらずの変化です。物理的なオブジェクトを変更したり、それらを変更できる法律を変更したりできますが、そうではありません。円は、その中心を中心に任意の角度で回転できるという意味で対称ですが、円全体は変更されません。三角形などのほとんどの形状は、回転すると異なって見えます。
では、宇宙の最も深い構造、つまり物理法則にまでたどり着くと、深遠な対称性があると言えますか?
はい。法則は永遠であるという事実を受け入れてください。これは対称性とは思えませんが、宇宙が年を重ねても法則が変わらないためです。だから私たちは変わらない変化を持っています.
宇宙が美しいアイデアや洗練された数学的構造を具現化していないとしましょう。非対称性や不完全性に満ちた自然の法則を想像することさえできますか?
私はこの問題に取り組みましたが、非常に満足できる思考実験があります。コンピューターが進歩し、人工知能が進歩するにつれて、マトリックスに沿ってもっともらしい思考実験を行うことができます。 、知性がコンピューター内に具現化されており、その世界としてコンピューターが考えるものは、実際にはプログラムされたものです.
つまり、私たちはコンピューター シミュレーションの世界に住んでいるということですか?
スーパーマリオの世界にいる自分を想像してみましょう。物理法則は特に美しいとは言えません。それらは時間と場所によって変化します。彼らは、論理的に一貫しているが、法律が時間や場所で変わらず、一種の再現性がある私たちの世界の仕組みとは非常に異なる奇抜さを持っています.小さな部分を理解したら、大きな部分がどのように機能するかを推測して構築できますが、プログラムされた世界では、プログラマーの気まぐれが何であったかだけの問題です。理にかなっていたり、美しいものである必要はありません。ですから、法律の美しさについて論理的に必要なものは何もないと思います。もちろん、それらが美しくなければ発見するのははるかに困難だったかもしれないので、法律の分かりやすさは私にとってその美しさよりもさらに神秘的です.そうである必要はありませんが、そうです。
アインシュタインやその他の現代物理学の創始者にとって、美しさは重要でしたか?
もちろん、彼らは常にそれについて明確に考えていたわけではありませんが.アインシュタインと[ジェームズ・クラーク]マクスウェル、そしてニュートンに戻ると、問題を小さな部分に分解するという本能があり、それらは理解可能であり、その後、この種のより複雑なものを構築できるという考えを持っていました熱狂の。アインシュタインは、自然の美しさのこの 2 番目の側面である対称性を新たな高みに引き上げた決定的な人物でした。相対性理論は、変化のない変化の型に非常に似ています。動いているプラットフォームから世界を見ることができます。あなたに向かっているか、あなたから離れているさまざまなものはまったく異なって見えますが、静止したフレームと同じ法則が適用されます.それが相対性理論の本質です。物事の見方を変えても、法律は依然として有効です。
アインシュタインは、宇宙の反対側で 2 つの粒子が相互作用する量子もつれの考えを好まなかった。それは彼の美意識に反することでしたか?
それは、法則が常に同じ結果をもたらすべきであるという彼の決定論の感覚に違反していた.狂気とは同じことを何度も繰り返し、異なる結果を期待することだと彼が言ったと考えられていることは有名です。しかし、それはまさに量子力学が機能する方法です。だから彼はそれが好きではありませんでした。しかし、親は自分の子供がどうなるかを常に承認しているわけではありません。量子力学は対称性を具現化していないように見えるフレームワークですが、より深いレベルでは対称性を具現化しているのではないかと思います。量子力学は、その原理に従う方程式を構築すれば、素晴らしいプラットフォームであることがわかります。これらの方程式は、古典物理学を超えた膨大な量の変化を変化なしでサポートすることができ、世界を真に説明しています。
特定の粒子が量子レベルで何をするかを予測することはできません。アインシュタインを悩ませたこれらの不規則性は、あなたも悩ませていますか?
いいえ、大好きです。私はその奇妙さと奇妙さ、そしてそれが世界が実際に機能する方法であるという事実が大好きです.
これはあなたの秩序に反していませんか?
なるほど、奥が深いですね。量子力学では、現実の主な記述は波動関数と呼ばれるものであり、波動関数の方程式は実際には決定論的です。それらは完全に明確な方程式です。ある時点で波動関数を知っていれば、別の時点でそれがどうなるかを曖昧さなく予測できます。問題は、波動関数が何であるかを実験的に知ることができないことです。深層構造は決まっていますが、私たちが宇宙のどこに座っているかということでは、それを決めることはできません。運用上、これは物事が予測不可能に見えることを意味します。量子力学のこの側面を直接確認する膨大な量の実験データと経験があります。基本的に、すべての最新の粒子加速器は、同じことを何度も繰り返すことに基づいています。つまり、電子と反電子をまったく同じエネルギーとまったく同じ構成で打ち合わせます。でも出てくるのは違う。あなたは何十億回もそれを行い、そのたびに別のものが出てきます.したがって、それは意見の問題ではありません。
人類は本当に宇宙の深層構造を明らかにしているのでしょうか?それとも、私たちの脳の働きと世界の見方を考えると、これは私たちの現実のバージョンにすぎないのでしょうか?
まあ、物理は機能します。非常に詳細な方法で機能する世界の説明なしでは、iPhone や大型ハドロン コライダー、または冥王星へのミッションを設計することはできません。だから妄想じゃない。ただし、考えを整理する方法はさまざまです。私たちにはあまり直感的ではないように見えたインテリジェントなクモから進化したクリーチャーには、いくつかのことが明白に見えます.したがって、法律が書き留められる方法は、重要な詳細が異なるように見える可能性がありますが、結果は交渉の余地があるとは思いません.世界はそのままです。
あなたは興味深い思考実験をしています。もし犬や鳥が高度な抽象的推論を持っていたら、物理学が得意でしょうか?
鳥はとても良いと思いますが、犬はそうではありません。犬の世界は主に匂いに基づいています。もちろん、化学感覚はコミュニケーションや食への感謝など豊かな生活を支えます。マドレーヌの匂いを嗅ぎながら過去を思い出す。しかし、あなたが非常に頭が良く、豊かな社会生活を送っていたとしても、嗅覚からニュートンの運動と力学の法則に到達するのは難しい.人間は主に視覚的な動物であるため、空間内での物の動きを理解するための強力な方法を持っています。私たちは惑星を見ることができて幸運です。これにより、天文学と重力の理解への素晴らしい扉が開かれます。
では、鳥の何が特別なのですか?
鳥はそれ以上のものを持っているでしょう。私たちの経験は、ここ地球上の摩擦と重力によって支配されており、慣性とは何かを理解する上で歴史的に大きな問題を引き起こしてきました.しかし、鳥はしばらく羽ばたき、停止して滑空するだけなので、慣性を知っています。また、一定の速度で移動している場合、法則は変わらないという直感的な相対性も持つでしょう。彼らはそれを毎日経験しています。もし鳥が賢くなったら、人間よりも速く物理学を進歩させると思います。クモも別の視点を持っているでしょう。彼らは、触覚とウェブの振動を通じてコミュニケーションをとります。彼らは場の理論と電気への非常に良い入門書を持っているでしょう.
理論物理学者にとっての 1 つの危険は、自分の方程式の美しさとすべてがどのように組み合わされるかに夢中になり、物理的な世界から離れてしまうことです。この根底にある構造を証明するには、経験的なテストが必要です。これはあなたにとって職業上の危険ですか?
絶対にそうです。偉大な物理学者リチャード・ファインマンは、あなたには想像力があると好んで言いましたが、それは束縛された想像力です。私にとって、あなたのアイデアが確認できる実験的結果を示唆している場合、それは異なるレベルの関心を想定しています.
物理法則を統合する「すべての理論」が存在しないとしたら?このことは、自然が美の作品であるというあなたの主張をどこに置きますか?
議論はまだ正しいです。私たちはすでに、物質の働きのほとんどを説明する美しい法則があることを知っています。それは、私たちがすべてを理解していないだけです。法則がいかに対称的で、実り多く、創造的であるかを誇張することは困難です。それは素晴らしい贈り物です。しかし、彼女の求婚者に執着するこの小さな不完全さがある物語「The Birth-Mark」のように、いくつかの厄介な小さな欠陥があるため、私たちは満足していません.そのため、さらに対称性を持たせ、方程式をより美しくする新しい現象を見つけようとしています。しかし、最終的な評決は実験的なものです。
あなたは科学者としては少し変わっているようです。あなたは明らかに、これらの大きなアイデアを探求するのが好きです。物理学者ではなく哲学者になることを考えたことはありますか?
絶対。私が10代の頃、私のヒーローはアインシュタインとバートランド・ラッセルでした。哲学について読んだり、そのような質問について考えたりするのが好きでした。
ここ数年、スティーブン・ホーキング、ローレンス・クラウス、ニール・デグラース・タイソンなどの著名な物理学者が、哲学者を中傷するコメントをしてきました。基本的に、哲学者は現実の科学の世界にとってほとんど価値がないと言っています。あなたの同僚による哲学に対するこれらの攻撃についてどう思いますか?
想像力の欠如と、哲学とは何かについての知識の欠如を示していると思います。物理法則や物理現象以外にも、世界にはたくさんのことがあります。これらの問題に取り組み、それらの概念を洗練してきた何世紀にもわたる経験があります。それをただ書き留めるのは賢明ではなく、ばかげています。アインシュタインがそうであったように、私は哲学文献から、デビッド・ヒューム、エルンスト・マッハ、バートランド・ラッセルに対して心を鋭くすることから、途方もないインスピレーションを得ました.
哲学者は、すべてがどのように組み合わされるのかを考えているだけではありません。彼らは、宇宙に意味があるかどうかを尋ねます。その質問はあなたの心に響きますか?
はい、もちろん。私はそれが何を意味するのかをとても気にしています。それが私の仕事の原動力です。
それはどういう意味ですか?
答えがどのようになるかわからないので、それは正しい質問ではないと思います。私はその質問の別のバージョンを考え出すことができてとてもうれしかったです。それは非常に実りある方法で対処することができます:世界は美しいアイデアを具現化していますか?人々が物理法則を知る前の美についての考えの歴史を調べ、それを私たちが実際に発見したものと比較することで、その質問を啓発的な方法で見ることができます.芸術と科学の両方について豊かな視点を得ることができます。
誰かがより深い価値観に頼る必要がある場合、美しさはそれを探すのに適した場所だと思いますか?
はい。さまざまな宗教の教義から喜びと理解を得ている人もいます。私が受け入れた宗教のどれも、私が物理的な世界について発見したことを正当化するとは思わないので、私はそれが可能だとは思いません.多くの詳細が間違っていますが、それらが間違っているというほどではありませんが、宇宙がどれほど大きいか、どれくらい古いか、いくつの小さなものが中に入っているかについて科学が明らかにする深い驚きを正当化していません私たちが人生で経験する大きなものを作ります。つまり、意味を理解し、作るのは私たちの責任です。そして私にとって、美しさは、それが何を意味するかという大きな発見の 1 つです。それは大きな喜びです。
科学と宗教の両方にとって最も深い問題の 1 つは、起源の問題です。宇宙はどのように始まったのですか、それとも始まりはありますか?何もないところから何かが生まれるのはどうしてですか？ローレンス・クラウスは、これはそれほど神秘的ではないと主張しています.彼は、場の量子論では真空状態は不安定であるため、状態が出現したり消滅したりすることは珍しくないと述べています。
実際、友人のローレンスが私の作品を引用していました。すべての意味を理解しているわけではありませんが、方程式は何も持たない安定した解を許可しません。ボイドは、基本的な自然法則の解決策とは非常に異なるものです。したがって、ボイドが許可されていない場合、それは、何もないのではなく何かがある理由の説明です。しかし、哲学者が問いかけている問題に実際に到達しているとは思えません。
彼らは、物理法則がどこから来たのかを尋ねています。
丁度。方程式はどこから来たのですか？ void が正しい考えではないことはわかっています。私たちが知っている法則を考えると、その可能性はありません。
空きスペースなんてないってこと？
それは正しい。宇宙は空っぽで、内なる生命を持たない受動的な容器であるという概念は完全に間違っています。量子力学では、空間には自発的な活動があります。これらは「仮想粒子」と呼ばれます。私がノーベル賞を受賞した理由の 1 つは、仮想粒子が実際に目にする粒子にどのように影響するかを解明したことです。
仮想粒子とは
それはあたかも私たちが惑星の表面に住んでいるかのようであり、その下で多くの活動が行われており、表面には見えませんが、世界の在り方に影響を与えています.基礎物理学の法則では、電場や磁場などの場には自発的な活動があります。仮想粒子は非常に短い時間存在し、目や器具で感知できるものになることなく消えていきます。しかし、それらは方程式の中にあり、粒子の特性に影響を与え、実際に目にし、計算して確認することができます.したがって、私が「グリッド」と呼ぶこともあるスペースが活動の源であることは間違いありません。それが空ではない理由の1つです。それには命があります。
ですから、宇宙で最も基本的なものを探しているのであれば、それは粒子でも物質でもありません。あなたが話しているのはこの空間ですか？
はい、宇宙自体には独自の生命があります。私たちが空の空間として認識しているものを理解することは、宇宙全体がどのように機能するかを理解するための鍵です.ニュートン力学では、地球が太陽の周りを移動するように、ある物体が別の物体の周りをどのように移動するかという問題を解決することが重要であると、生徒たちに冗談を言うのが好きです。量子力学では、重要な問題は「無人問題」であり、ショーを実行するのは何もない空間です。私たちが実際に目にする粒子は、空の空間の構造の上にある一種の付帯現象です。
私たちは非物質的な世界を物質と調和させることの難しさについて話してきましたが、最大の謎は「心と脳の問題」かもしれません。私たちの脳の中で。これは物理学の問題ですか、それとも神経科学者に任せるべきですか?
脳には物理法則が適用されるため、脳を構成する粒子に加えて、魂や非物質的なものを探してはなりません。うまく機能する仮説としては、脳はコンピューターのようなものであり、パズルは、物理法則に従って物理的な物体がどのように計算を行い、心を作ることができるかを理解することです。次に、物理学を使用して物理的宇宙の物体を説明する方法が、脳の働きを明らかにするために使用できるかどうかという、より技術的な問題があります。対称性、材料科学、および電気伝導に関するアイデアが神経生物学にとって重要になるかどうかです。答えがイエスである可能性は十分にあると思います。脳の部分は非常に規則的で対称的です。小脳は非常に構造化されています。ニューラル ネットは、私が非常に魅力的だと思うもう 1 つの開発です。人工ニューラル ネットワークは、脳内の神経系を理想化したものですが、人間が認識できる物理法則を使用しています。実際、物理学者はこれらの技術の多くを発明しました。これらの技術は、電気回路を支配する方程式に似ているからです。ですから、物理学は神経生物学に役立つことがたくさんあると思います.
物質から精神世界を取り出す方法について、科学が根本的な問題を解決すると思いますか?
はい、そうです。どのように言えばいいですか？たぶん 90% はそこまで進んでいると思います.
あなたは楽観主義者ですね!
いいえ、私は物事を正しく解釈しているだけだと思います。少し前まで、1 と 0 のパターンが計算方法をエンコードできるということは非常に不思議に思われていました。たとえば、チェスの遊び方。しかし今では、思考と非常によく似たことを行う、1 と 0 で機能するシステムを設計できます。 1 と 0 のパターンを操作するだけの Siri のようなシステムとの有意義なやり取りがますます増えています。これらの 1 と 0 は物理的なオブジェクト、つまりトランジスタに具現化されているため、心は物理的なオブジェクトに具現化されていると言えます。これらは私たちが設計した具体的なオブジェクトです。
スティーブ・ポールソンは、ウィスコンシン・パブリック・ラジオの全国シンジケート番組「To the Best of Our Knowledge」のエグゼクティブ プロデューサーです。彼はの作者です Atoms and Eden:宗教と科学に関する会話。 ここで TTBOOK のポッドキャストを購読できます。
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