存在の問題は、すべての哲学の中で最も暗いものです。」ウィリアム・ジェイムズは、最も基本的ななぞなぞについて考えた結果、次のように結論付けました。説明の可能性そのものを否定しながら説明を要求するため、この質問は激怒する、とジェームズは認識した。 「無から存在への論理的な橋渡しはありません」と彼は書いています。
科学では、説明は原因と結果から成り立っています。しかし、本当に何もないのなら、それには原因を作る力がありません。 正解が見つからないというだけではありません 説明—それは説明そのものです 何もないのに失敗します。
この失敗は、痛いところに私たちを襲います。私たちは物語の種です。私たちの最も基本的な理解は物語を通じてもたらされます。無から何かがどのように生まれたかが究極の物語であり、主人公の旅や少年と少女の出会いよりも根本的な物語です。しかし、それは物語の概念を弱体化させる物語です。自滅とパラドックスが織りなす物語。
どうしてそうではないでしょうか？それは何も星をつけません—言葉としての単なる存在によってパラドックスである言葉です。それは名詞、ものです 、それでもそれは何もありません。私たちがそれを想像したり、その名前を口にした瞬間、私たちはその空虚さを意味の染みで台無しにします。では、問題は無にあるのか、それとも私たちにあるのか、疑問に思う必要があります。それは宇宙的ですか、それとも言語的ですか？実存的か心理的か？これは物理学のパラドックスですか、それとも思考のパラドックスですか?
いずれにせよ、覚えておくべきことは次のとおりです。パラドックスの解決策は質問にありますが、答えにはありません。どこかにグリッチ、欠陥のある仮定、間違ったアイデンティティがあるに違いありません。 「何もないところから何かがどのようにして生まれたのか?」というような簡潔な質問の中で。隠れる場所はあまりありません。おそらくそれが、科学の軌跡をフーガやテーマのバリエーションのように演じて、新しく改善された形で同じ古いアイデアに何度も戻る理由です.通過するたびに、ジェームズのとらえどころのない橋に別の足がかりを置こうとします.
最も古い石はこれです：もし何もないところから何かを得ることができないなら、何もないようなものを作ってみてください。古代ギリシャ人は、何もない空間は物質、つまりプレナム、エーテルで満たされていると示唆していました。アリストテレスは、エーテルを不変の第 5 要素として考え、その不変性において、地球、空気、火、または水よりも完全で天国的であると考えました。真の無は、アリストテレスの物理学とは相いれませんでした。アリストテレスの物理学は、物体は、物事の自然な秩序における正当な位置によって指示されるように上昇または下降すると述べました。しかし、無は完全に対称的であり、どの角度から見ても同じように見え、「上」や「下」などの絶対的な空間方向はまったく無意味になります。アリストテレスは、エーテルは一種の宇宙コンパス、つまりすべての運動を測定できる究極の基準フレームとして機能する可能性があると考えました。真空を嫌う人々にとって、エーテルは真空の最後の痕跡をすべて追放しました。
古代のエーテルは、光が常に特定の速度で移動する波として振る舞うことを発見したジェームズ クラーク マクスウェルのような物理学者によって 19 世紀後半に再考されるまで、何千年もの間存在し続けました。手を振っていたのは何ですか、そして何に対する速度ですか？エーテルは便利な答えであり、光波が通過するための媒体と、アリストテレスが最初に想像したように、宇宙のすべての変化が展開する基準フレームの両方を提供しました。しかし、アルバート・マイケルソンとエドワード・モーリーが1887年に「エーテル風」を通して地球の動きを測定しようとしたとき、彼らはそれを見つけることができませんでした.特殊相対性理論により、アインシュタインはすぐに最後の釘をエーテルの棺に入れました。
何十年もの間、私たちはエーテルを歴史的な奇妙さ、過去への回帰と見なしてきました。しかし、想像以上に殺すのは難しいです。今日、それは新しい形で垣間見ることができます:空の空間の真空に浸透し、現在有名なヒッグス粒子が励起されているヒッグス場です。ヒッグスはスカラー場として知られているもので、この種の唯一の実験的に検証された標本です。つまり、空間内のすべての点で単一の値しか持たないことを意味します (すべての点でサイズと方向の両方を持つ光を記述するフィールドとは異なります)。これは、静止しているか加速しているかに関係なく、フィールドがどの観察者にも同じように見えることを意味するため、重要です。
さらに、その量子スピンはゼロであるため、どの角度から見ても同じように見えます。スピンは、開始時と同じように見える前に、パーティクルをどれだけ回転させる必要があるかの尺度です。力を運ぶ粒子 (光子、グルオン) は整数のスピンを持ち、360 度回転しても変化しません。物質粒子 (電子、クォーク) は半整数のスピンを持っています。つまり、元の位置に戻る前に 720 度 2 回回転させる必要があります。しかし、ヒッグスのスピンはゼロです。どのように回転させても、常に同じように見えます。まるで空き地のよう。対称性は不可視性に等しい.
アリストテレスの直観に従い、今日の物理学者は、対称性の究極の状態、つまり「もの」を定義するために必要な差別化を排除する絶え間ない同一性として何も考えていません。実際、物理学者が宇宙映画を逆方向に実行し、深い歴史をさかのぼると、現実のばらばらな断片が再結合し、成長し続ける対称性、つまり起源を意味する対称性と合体するのが見えます。
ヒッグスは素粒子に質量を与えることで有名になりましたが、これはその真の意味を覆い隠しています。結局のところ、粒子に質量を与えるのは簡単です。粒子の速度を光速以下に下げれば、ほら、質量です。難しいのは、プロセスで原始対称性を壊さずに粒子に質量を与えることです。ヒッグス場は、エネルギーが最も低い状態でもゼロ以外の値を取ることで、この驚くべき偉業を達成しています。何もない空間の隅々にうずくまっているのは、246 ギガ電子ボルトのヒッグスです。目立たないところに隠れて逃げることができるのは、スカラー フィールドだけです。しかし、素粒子は気づきます。粒子の質量が宇宙の対称性を破るたびに、ヒッグスが存在し、空の空間を装い、損傷を修復します。ヒッグス粒子は常に影の中で働いており、宇宙本来の対称性を保っています。ジャーナリストが「神の粒子」について宗教的なことを言いたがる傾向があることは (許せなくても) 理解できる。
これはすべて、ヒッグス場がマクスウェルのエーテルの概念に近いことを意味します。虚空を彩る最新の絵筆です。その異常な対称性により、ヒッグスは無の隠れた変装として機能しますが、それ自体は無ではありません。構造があります。相互作用します。その 246 ギガ電子ボルトの物理的起源は不明のままです。ヒッグスでは、無の境界に近づくことはできますが、境界を越えることはできません。
何も似ていないものを作っても、「何かが無からどのようにして生まれたのか」という質問に答えられない場合、おそらく、原因をあまり似ていないものにする必要があります。これにも歴史があります。腐った肉の存在下でのウジの突然の出現は、アリストテレスの時代に自然発生の広範な信念につながりました。生命の息吹は薄い空気から実体化する可能性があります。無と有の境界は、生と死、精神と物質、神と地の境界と共有されていた。これにより、宗教と信仰の複合体全体がもたらされ、私たちのパラドックスに対するかなり包括的な答えが得られました。この理論は、1864 年に微生物学者ルイ パスツールによって否定されるまで、約 2,000 年間受け入れられていました。Omne vivum ex vivo —人生からすべての人生。その後の数十年間、私たちは自然発生をさらに別の歴史的な奇妙さとして見ました。しかし、エーテルのように、量子ゆらぎという羊の服を着て、今日また戻ってきました。
不確実性によって引き起こされる量子ゆらぎは、原因のない効果であり、信号の下のノイズであり、太古の静的であり、骨にランダムです。量子力学のルールは許可します—実際には、必要 — エネルギー (および、E=mc による質量) が「どこからともなく」、何もないところから現れる。 ゼロからの創造 —またはそう思われます。
ハイゼンベルグの不確定性原理は、量子ウジの自然発生源です。位置と運動量、エネルギーと時間などの物理的特徴の特定のペアは、基本的な不確定性によって結び付けられているため、一方を正確に指定すればするほど、もう一方が曖昧になります。それらは共に共役対として知られるものを形成し、一緒になって無の存在を排除します。空間的な位置に戻ると、それを補うために勢いが激しく変動します。より小さく、より正確な量の時間とエネルギーを指定すると、ありそうもない値のより広い範囲にわたって変動します。最短のまばたきで、最短距離で、宇宙全体が沸騰して存在し、その後消滅する可能性があります。世界に十分にズームインすると、穏やかで構造化された現実がカオスとランダム性に取って代わられます。
これらの共役対だけがランダムではありません。これらは、観察者が同時に測定することが不可能な特性の対です。量子ゆらぎは一般的にどのように説明されるかに関わらず、世界の「外」にあるのは、揺れ動いている既存の現実ではありません。実験は、「そこに」座っているものはまったく座っているのではなく、待っていることを一貫して証明しています.生まれていない。量子ゆらぎは実存的な説明ではなく、条件付きの説明です。観察者が特定の測定を行うことを選択した場合、それらは現状を反映したものではなく、あり得ることを反映したものです。あたかも観察者の測定能力 存在するものを決定します .オントロジーは認識論を要約します。自然の不確実性は観察の不確実性です。
物理システムのすべての機能に決定的な値を割り当てることが基本的にできないということは、オブザーバーが測定を行うと、結果が本当にランダムになることを意味します。量子効果が支配する小さなスケールでは、因果連鎖は致命的なねじれを被ります。量子力学の創始者であるニールス・ボーアは、「因果関係という考えそのものとは相容れないものである」と述べています。アインシュタインが口を閉ざしたことは有名です。 「神はサイコロを振らない」と彼は言い、ボーアは「アインシュタイン、神に何をすべきかを言うのをやめなさい」と答えた。
しかし、そもそも因果関係が持続することを期待しているのは、おそらく私たちの責任です。進化は、どんな犠牲を払っても因果関係を見つけるように私たちを訓練してきました。私たちの祖先がアフリカのサバンナをさまよったとき、彼らの原因から影響を推測する能力は、生と死の境界線を示しました. あの斑点のあるキノコを食べた後、病気になりました。トラは飛びかかる前にしゃがみました。 物語は生存に等しい。自然淘汰は量子物理学には何の役にも立ちませんでした。とはいえ、ここです。因果関係は近似値です。私たちの心は、物語に飢えています。
それで、それですか？ 「なぜ存在するのか」という質問への答えは、単に「なぜ」がないということです。その存在はランダムな量子ゆらぎですか?そうすれば、説明を完全に忘れて、James の橋を飛び越えることができます。 どうやって無から何かが生まれたの?理由はありません。 残念ながら、このトリックはこれまでのところしかありません。宇宙論者は、量子力学の法則が自然に宇宙を生み出すことができると信じていますが、この話はただの責任です.法律はどこから来たのですか？覚えておいてください、何かが無からどのように生まれたかを説明したかったのです —既存の物理法則から何かがどのように生まれたかではありません。方程式から因果関係を取り除くだけでは十分ではありません。パラドックスが立っています。
何もなかった。それから、何かがありました。
この物語の主人公は時、変化の担い手です。私たちのパラドックスを解決する鍵は、時間そのものを否定することでしょうか?アインシュタインが言ったように、時間が執拗に持続する幻想にすぎないのであれば、自然法則から生じる因果関係だけでなく、それらの法則がどこから来たのかという問題もすぐに省くことができます。何も進化しないので、彼らはどこから来たわけでもありません。物語は溶ける。物語はありません。橋はありません。
永遠の宇宙の概念、または永遠の帰還によって支えられた周期的な宇宙の概念は、バントゥー神話からオーストラリアのアボリジニの「ドリームタイム」、アナクシマンドロスの宇宙論、ヒンズー教のプラーナのテキストに至るまで、私たちの最も初期の神話や物語に登場します。アピールが見られます。永遠は無を回避します。
現代では、この古代の考え方が定常状態理論として復活し、1920 年代にジェームズ ジーンズ卿によって定式化され、1940 年代後半にフレッド ホイルらによって洗練され普及されました。宇宙は膨張している、と彼らは言ったが、新しい物質が絶えず存在してギャップを埋めているため、実際には宇宙はまったく変化しない.その理論は間違っていることが判明しました。それはビッグバン理論に取って代わられ、永遠はわずか138億年に短縮されました.
しかし 1960 年代に、永遠の宇宙が奇妙な新しい形で再び現れました。具体的には、H(x )|Ψ> =0. 物理学者のジョン・アーチボルド・ウィーラーとブライス・デウィットがこの方程式を書きました — これは現在、ホイーラー・デウィット方程式として知られていますが、デウィットはそれを「あの忌まわしい方程式」(あの忌まわしい粒子とは関係ありません) と呼ぶことを好みますが、アインシュタインの一般相対性理論で説明されているように、量子力学の奇妙な法則を宇宙全体に適用しようとしている.注目に値するのは、ゼロの右側です。システムの総エネルギーは zilch です。時間の進化はありません。何も起こり得ません。問題は、最終的に、アインシュタインの宇宙が、空間と時間の組み合わせである 4 次元時空であることです。一方、量子力学では物理系の波動関数が進化する必要があります 時間。しかし、時空はどのように進化することができますか 今の時間 時間？これは腹立たしいジレンマです。量子力学によって記述される宇宙は必然的に凍結されます。ウィーラー・デウィット方程式は、定常状態の宇宙論を逆にしたものです。常に存在していた宇宙ではなく、決して存在しない宇宙に自分自身を見つけます.
それ自体で、Wheeler-DeWitt 方程式は問題を見事に解決します。 どうやって無から何かが生まれたの?そうではありませんでした。 もちろん、私たちがここにいることを考えると、これは当惑する解決策です。
そして、それがまさにポイントです。量子力学では、観測者 (人間であろうと他の構成の粒子であろうと) が測定を行うまで何も起こりません。しかし、宇宙全体に関して言えば、観測者はいません。誰も宇宙の外に立つことはできません。宇宙全体 永遠の刹那にとらわれる。しかし、ここの内部は異なって見えます。
内部では、観察者は宇宙全体を測定することはできず、観察者は自分自身を測定できないという単純だが深遠な事実によって、必然的に現実を観察者と観察されるものに 2 つに分割します。物理学者のラファエル・ブッソが書いたように、「明らかに、装置は、その量子状態を確立しようとするシステムと少なくとも同じ自由度を持たなければなりません。」科学哲学者のトーマス・ブロイアーは、ゲーデルの主張を用いて同じ点を強調しました。
観察者として、私たちは永遠に、自分が参加している大きなパズルのピースしか見ることができない運命にあります。そして、それが私たちの救いとなる可能性があることが判明しました。宇宙が 2 つに分裂すると、式の右辺のゼロが新しい値になります。物事は変わります。物理が起こります。時間が流れ始める。宇宙が生まれたとさえ言うかもしれません.
それが因果関係（過去の出来事を引き起こす未来）のように聞こえる場合は、そうです。量子論では、この奇妙な時間の矢の逆転が必要です。ホイーラーは、有名な遅延選択実験でこの事実を強調しました。これは、最初は思考実験として提示されましたが、後に実験室で成功裏に実証されました。遅延選択では、観測者の現在の測定値が、過去の粒子の挙動を決定します。過去は、数百万年、場合によっては 138 億年もさかのぼることができます。因果関係の連鎖はそれ自体に向きを変え、その終点はその始まりに戻ります。ジェームズの橋はループです。
内側からは何も見えないものなのだろうか？もしそうなら、無に対する私たちの不快感は何か深遠なことを暗示していたのかもしれません:無の概念に反発するのは私たちの人間性ですが、最終的にパラドックスを解決するのは私たちの限られた人間の視点かもしれません.
Amanda Gefter は物理学者であり、 の著者でもあります アインシュタインの芝生への侵入:父、娘、無の意味とすべての始まり. 彼女はマサチューセッツ州ケンブリッジに住んでいます。
Pace London の Ben A. Pruchnie/Getty Images による写真
この記事はもともと、2014 年 8 月の「Nothingness」号に掲載されたものです。
