Lee Smolin は、外部のないオブジェクトを理解する方法について、根本的なアイデアを持っています。それが、イベント間の関係から少しずつ構築されていると想像してください。
トロントのダウンタウンにある自宅でのリー・スモーリン氏。
はじめに
宇宙はある意味不可能な物体です。内側はありますが、外側はありません。それは片面コインです。このメビウスのアーキテクチャは、理解しようとしているシステムそのものの中に閉じ込められるという厄介な立場に陥っている宇宙学者にとって、独特の課題を提示しています。
それはリー・スモーリンがキャリアのほとんどで考えてきた状況だ。カナダのウォータールーにある理論物理学ペリメーター研究所の物理学者であるスモーリンは、量子力学、相対性理論、宇宙論の複雑な交差点に取り組んでいます。彼の柔らかい声と静かな態度に騙されないでください。彼は反逆的な思想家として知られており、常に独自の道を歩んできました。 1960年代、スモーリンは高校を中退し、イデオプラストスというロックバンドで演奏し、アンダーグラウンド新聞を発行した。 R. バックミンスター フラーのような測地線ドームを構築したいと考えたスモーリンは、高度な数学を独学しました。これと同じ種類の数学を、アインシュタインの一般相対性理論の方程式で遊ぶ必要があることが判明しました。これに気づいた瞬間が彼が物理学者になった瞬間だった。彼はハーバード大学で学び、ニュージャージー州プリンストンの高等研究所に勤務し、最終的にペリメーター研究所の創設教員になりました。
実際、「境界」という言葉は、主流物理学の境界に近いスモーリンの位置を表すのに最適な言葉です。ほとんどの物理学者がひも理論に真っ先に取り組んだとき、スモーリンはループ量子重力の競合理論を解明する上で重要な役割を果たしました。ほとんどの物理学者が物理法則は不変だと言うのに対し、彼は物理法則は一種の宇宙的ダーウィニズムに従って進化すると言いました。ほとんどの物理学者が時間は幻想だと言うのに対し、スモーリンは時間は本物だと主張しました。
スモーリンは、生物学者、経済学者、彫刻家、劇作家、音楽家、政治理論家との会話からインスピレーションを受けることがよくあります。しかし、彼にとって最大のインスピレーションはおそらく哲学、特にアイザック・ニュートンとともに微積分を発明した17世紀から18世紀に活躍したドイツの哲学者ゴットフリート・ライプニッツの著作にある。ライプニッツは（ニュートンに対して）宇宙には固定された背景はなく、空間の「もの」も存在しないと主張した。空間は関係を説明する便利な方法にすぎません。この関係フレームワークは、ライプニッツの謎めいたテキストモナドロジーと同様に、スモーリンの想像力を捉えました。 この中でライプニッツは、世界の基本的な要素は一種の現実原子である「モナド」であり、各モナドは宇宙全体の独自の見方を表していると示唆しています。これは、視点から現実を構築しようとするスモーリンの最新作に影響を与える概念であり、それぞれの視点は、動的に進化する宇宙に対する部分的な視点です。内側から見た宇宙。
クアンタ マガジン 宇宙論と量子力学への彼のアプローチについてスモーリンと語り、それについては彼の近著であるアインシュタインの未完の革命で詳述しています。 。インタビューはわかりやすくするために要約および編集されています。
あなたのスローガンは次のとおりです。「宇宙論の第一原理は、「宇宙の外には何もない」というものでなければなりません。
ニュートン力学や量子力学などの物理法則のさまざまな定式化には、背景構造、つまり指定する必要があり固定されている構造があります。それは進化の影響を受けず、何が起こっても影響を受けません。モデル化されているシステムの外側の構造です。これは、観測者や時計などの観測対象物を掛けるためのフレームワークです。宇宙の外には何もない、つまり宇宙の外には観測者がいないという主張は、背景構造のない物理学の定式化が必要であることを意味します。私たちが持っている物理学の理論はすべて、何らかの形で宇宙のサブシステムにのみ適用されます。これらはこの背景構造を必要とするため、宇宙全体には適用されません。
私たちが宇宙論を立てたい、宇宙論的スケールで自然を理解したいのであれば、哲学者のロベルト・ウンガーと私が「宇宙論的な誤謬」と呼んだもの、つまりサブシステムに適用される理論を宇宙全体にスケールアップできるという誤った信念を避けなければなりません。観測者や測定器、あるいはシステムの外部のものを参照しないダイナミクスの定式化が必要です。つまり、別の種類の理論が必要になります。
あなたは最近、そのような理論を提案しました。あなたの言葉を借りれば、「宇宙の歴史はそれ自体についてのさまざまな見方で構成されている」という理論です。それはどういう意味ですか?
それは、 プロセス、 起こる物事間の順序と因果関係についての理論です。 、 存在するものの固有の特性ではありません。 基本的な要素は、私たちが「イベント」と呼ぶものです。イベントとは、単一の場所と時間に発生する事柄です。各イベントには、運動量、エネルギー、電荷、またはその他の測定可能なさまざまな物理量が存在します。この出来事は宇宙の他の部分と関係を持ち、その一連の関係が宇宙の「見方」を構成します。外部から測定されるものという観点から孤立したシステムを説明するのではなく、私たちは宇宙を事象間の関係から構成されるものとして捉えています。このアイデアは、宇宙が内部からどのように見えるかという内側からの視点に基づいて物理学を再定式化しようとすることです。
どうやってそれを行うのですか?
多くの見解があり、それぞれの見解は宇宙の残りの部分について部分的な情報しか持っていません。私たちは、力学の原則として、各ビューが固有であるべきであることを提案します。この考えは、ライプニッツの識別不可能なものの同一性の原理から来ています。ビューを相互に正確にマッピングできる 2 つのイベントは、定義上、同じイベントです。したがって、それぞれのビューは固有であり、「多様性」と呼ばれる数量を定義することで、あるビューが他のビューとどの程度異なるかを測定できます。グラフ上のノードを考えると、1 歩出たり、2 歩出たり、3 歩出たりできます。各ステップで近傍 (1 ステップ近傍、2 ステップ近傍、3 ステップ近傍) が得られます。したがって、任意の 2 つの出来事について、次のように尋ねることができます。「意見が分かれるまで、何歩出なければなりませんか?」どの辺が違うのでしょうか？実行する手順が少なくなるほど、ビューを相互に区別しやすくなります。この理論の考え方は、物理法則、つまりシステムの力学が多様性を最大化するように機能するということです。その原理、つまり自然は多様性を最大化したいということですが、これは実際に、私が説明してきた枠組みの中で、シュレディンガー方程式につながり、したがって適切な限界での量子力学の回復につながります。
あなたの本を読んで、あなたが根っからの現実主義者であること、つまり私たちの知識とは無関係に現実を強く信じていることを知りました。したがって、アインシュタインと同じように、量子力学は不完全だと考えているのですね。この見解の理論は、量子論に欠けていると考えられるものを補うのに役立ちますか?
アインシュタインは、レスリー・バレンタインと呼ばれる人物と同様に、波動関数（量子系を表す数学的対象）の「アンサンブル解釈」を提唱しました。その考えは、波動関数が可能な状態の集合を記述するというものでした。しかしある日、私はカフェに座って仕事をしていて、突然こう思いました。アンサンブルが本物だったらどうなるだろう？単一の水分子を記述する波動関数がある場合、それが実際には宇宙のすべての水分子の集合体を記述しているとしたらどうなるでしょうか?
では、通常、私たちは水分子は 1 つであるが状態は不確実であると考えますが、状態の不確実性は実際には宇宙にあるすべての水の分子の集合体であると言っているのですか?
はい。彼らは非常に似た見解を持っているため、アンサンブルを形成します。相互作用の確率はビューの類似性によって決まり、必ずしも空間内での近接性によって決まるわけではないため、それらはすべて相互に作用します。
相互作用するために、ものは近くにある必要はありませんか?
この理論では、空間よりもビューの類似性の方が根本的です。多くの場合、2 つのイベントは空間的に近いため、同じようなビューになります。 2 人が隣り合って立つと、非常によく似た重なり合う宇宙の景色が見えます。しかし、2 つの原子の関係特性は、人間のような大きくて複雑な物体よりもはるかに少ないです。したがって、空間内で遠く離れた 2 つの原子でも、非常によく似たビューが得られることがあります。つまり、最小スケールでは高度に非局所的な相互作用が存在するはずであり、これはまさに量子力学のもつれで得られるものです。現実のアンサンブル定式化によれば、量子力学の起源はそこにあります。
それは、物理学で現在行われている、もつれと時空の幾何学との間の驚くべき関係を発見するための多くの研究を思い出させます。
そういった作品は本当に面白いものが多いと思います。それを動機づけている仮説は、もつれは量子力学の基礎であり、空間または時空の幾何学はもつれの構造から現れるというものです。これは非常に前向きな展開です。
あなたは、これらのアイデアはライプニッツのモナドロジーからインスピレーションを得たと言っていましたね。 。たまたまモナドロジーを取り出しただけですか？ もう一度読みますか?
私が初めてライプニッツを読んだのは、大学院を卒業したばかりのとき、ジュリアン・バーバーに勧められてでした。まず私は、ライプニッツとニュートンの信奉者であるサミュエル・クラークとの間の書簡を読みました。その中でライプニッツはニュートンの絶対空間と絶対時間の概念を批判し、物理学における観測量は関係的であるべきだと主張しました。これらは、相互作用から生じる、あるシステムと別のシステムの関係を説明する必要があります。その後、 私はモナドロジーを読みました。 。私はこの本を、背景に依存しない物理理論を作成するためのスケッチとして読みました。私は時々自分のコピーを見ます。そこにはライプニッツの美しい引用があります。「同じ都市を異なる方向から見るとまったく違って見えるのと同じように…いわば同じくらい多くの異なる宇宙が存在しますが、それにもかかわらず、それらは単一の宇宙の視点にすぎず、各モナドの異なる視点に対応しています。」このことは、私にとって、これらのアイデアが物理学だけでなく、社会政策やポストモダニズムから芸術、多様な社会における個人であることがどのような感じであるかに至るまで、あらゆる分野に非常に適している理由を思い起こさせます。しかし、それはまた別の議論です!
スモーリンは、彼の「見解の因果理論」で簡単な計算を導き出します。この理論は、各イベントがその直近の過去のイベントに関して持つ情報を記述します。これはイベントの「ビュー」と呼ばれます。宇宙は、宇宙に対するこれらすべての部分的な見方の多様性を最大化する法則に従って、新しい出来事を継続的に創造することによって成長します。
あなたの作品は哲学に大きな影響を受けています。歴史を振り返ると、アインシュタイン、ボーア、ジョン・ウィーラーのような人々は皆、哲学を非常に真剣に受け止めていました。それは彼らの物理学に直接影響を与えました。それは偉大な物理学者の特徴のようですが、それでも —
偉大ではない物理学者も同様です。
わかりました、まあまあです！今日、物理学で哲学について話すことはほぼタブーになっているようです。それはあなたの経験ですか?
まったくそうではありません。基礎物理学の主要な理論家の多くは、基本法則についての知識を深めることが目標であり、哲学をよく知っています。ハンプシャー大学の学部生として、私は多くの物理学といくつかの哲学のコースを受講しました。それからハーバード大学の大学院に行ったときは、博士号をダブルで取得するつもりでした。物理学と哲学を専攻していましたが、哲学にはすぐに幻滅してしまいました。つまり、物理学者たちは十分に傲慢でした。しかし、哲学者はさらにそうです。
20 世紀前半にヨーロッパで物理学の革命が起きたとき、アインシュタイン、ボーア、ハイゼンベルク、シュレディンガーなどの人々は哲学について十分な教育を受けており、それが物理学者としての彼らの仕事に影響を与えていました。その後、実用主義的な転換が起こり、物理学の支配的な様式は反基礎的、反哲学的なものになりました。
MITの物理学史家デビッド・カイザーはこれを詳細に研究しました。彼は量子力学の教科書と講義ノートを研究し、1940 年代から 1950 年代にかけて、哲学や基礎的な問題への言及が量子力学のコースからどのように消えていったかを目の当たりにしました。フリーマン・ダイソンはかつて、「通常、若者は反逆者で、老人は保守派だが、彼の世代では逆だった」と語った。若者たちは厄介な哲学や基礎的な問題について聞きたくなかったのです。彼らはただ外に出て量子力学を応用したかっただけでした。
これは、標準模型や物性物理学などの確立を通じて、1940 年代から 1970 年代にかけての量子力学の応用の爆発的な発展に大きく貢献しました。しかしその後、基礎物理学が行き詰まりました。私たちが行き詰まった理由の 1 つは、この実用的で反基礎的な文化では進歩できない一連の問題に到達したことです。凝縮物質や天体物理学など、関連する法則を知っていると想定できる分野は引き続き繁栄していることを明確にしておきます。しかし、新しくてより深い法則を発見することが目標である場合は、再び哲学者と交流する必要があります。そしてそれはさらに多く起こっています。
私が哲学者たちと交流を始めたとき、物理学をよく知っている人は数人いましたが、ほとんどの人はそうではありませんでした。今日、物理哲学に携わる若者のほとんどは物理学をよく知っています。哲学との交流が戻ってきており、それは良いことだと思います。
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