『時間の起源』（2023年）は、故スティーヴン・ホーキングが人生の最後の20年間で発展させた、謙虚にさせられるほど奇想天外な理論へとあなたを導きます。量子物理学、ホログラム、チャールズ・ダーウィンの進化論からの着想を通じて、この偉大な科学者が宇宙の起源について最終的に抱くに至った考えを明らかにします。
この本の要点とは？ フィクションのように聞こえる最先端科学
最高の科学者とは、心が開かれていて、新しい証拠が現れれば自分の見解を喜んで変えられる人たちです。
これは重要なことです。天才でさえ間違うことがあるからです。スティーヴン・ホーキングも、ある極めて重要な点について、自分は間違っていたのではないかと考えるようになりました。
1980年代、ホーキングは、私たちの宇宙を支配する物理法則は不滅で不変であると主張していました。しかし、考えれば考えるほど、彼はこう問い始めました。「なぜそうでなければならないのか？」と。
本書では、私たちの宇宙を支配するルールの起源をめぐる、ホーキングの最後の探求を取り上げます。その過程で、私たちが普段宇宙を理解する方法の限界を押し広げるような、爽快で、心を揺さぶるアイデアの数々に飛び込んでいきます。
困難ではあるけれど、それだけの価値がある旅になるはずです。シートベルトを締めて、宇宙の広大な複雑さを探求する準備をしてください。
生命のために作られた宇宙
1998年のまばゆい夏の日、初々しい顔つきのトーマス・ハートッグは、世界で最も偉大な存命の科学者のオフィスにこっそりと足を踏み入れました。宇宙論（宇宙の起源の研究）を専攻する優秀な大学院生だったハートッグは、スティーヴン・ホーキングから、将来の弟子候補として品定めされていたのです。
まれな運動ニューロン疾患によってほぼ完全に体の自由を奪われていたホーキングは、手でクリッカーを押しました。すると、車椅子に取り付けられたコンピュータープログラムとスピーカーシステムを通じて、徐々に合成音声が流れ出しました。その頃には、その独特の音色とリズムは、すでにホーキングの代名詞として定着していました。
ホーキングが次に発した言葉は、二人の間の20年にわたる共同研究の基礎を築き、そして本書の土台となるものでした。
ホーキングはハートッグに、宇宙は生命を宿すために美しく、完璧に設計されているように見える、と語りました。そして、それは次の問いにつながりました。なぜ私たちの宇宙は、これほどまでに私たちに好意的なものになったのか？
科学を深く掘り下げれば掘り下げるほど、ホーキングの言い分が正しかったことがわかってきます。私たちの宇宙が従わなければならない物理法則は、生命が育つためにオーダーメイドされたように見えるのです。
重力を例にとってみましょう。この基本的な力がほんの少しだけ強かったとしたら、星はもっと明るく輝くでしょう。なぜなら、星の中心部での核反応は、水素原子を圧縮してヘリウムを作ることで光と熱を放出しており、重力が強ければこのプロセスがより激しくなるからです。
地球上で晴れの日が増えるのは悪くないと思うかもしれません。しかし、その場合、すべての星が燃料をはるかに早く使い果たし、どの惑星でも、その太陽がしぼんで死んでしまう前に生命が発達するチャンスはないことに気づくでしょう。
また、宇宙がまだ初期段階にあったとき、宇宙の領域によって温度がわずかに異なっていました。この変動はほんの数分の1度にすぎませんでしたが、もしこれがほんのわずかでも大きかったら、すべての銀河は巨大なブラックホールへと成長し、かつて存在したもの、これから存在するものすべてが永遠の闇へと突き落とされていたでしょう。そして、もしこの温度変動がもっと小さかったら、銀河はまったく形成されなかったでしょう！
別の例を見てみましょう。私たちに与えられた宇宙のハードコードでは、陽子と中性子（原子の原子核を構成するもの）は異なる重さを持っています。
この違いもまた、些細なことに思えます。中性子は陽子よりもわずか0.1パーセント重いだけです。しかし、もし宇宙のコードがこれらの重さを逆にすることに決めていたとしたら、つまり陽子が中性子よりも重かったとしたら、すべての中性子はビッグバンの直後に崩壊していたでしょう。それはつまり、原子が存在せず、したがって惑星も、星も、人間も存在しないということです。
『ホーキング、宇宙を語る』を書いた頃のスティーヴン・ホーキングは、私たちの宇宙を支える法則は不変で永遠であると信じていました。なぜかと問うことに意味はない——それらはただそうであるのだ、と。
しかし、これから見ていくように、彼はその説明にも、他のどんな現在の説明にも、満足していませんでした。
既存の理論では不十分
宇宙の取扱説明書が生命のために微調整されているように見える理由を、人類がこれまでどのように説明しようとしてきたのかを見てみましょう。これまでのところ、説得力のある見方は2つありました。
1つ目は、最も古いものですが、何らかの創造主——神、あるいは神々——の存在を信じることです。彼らが、宇宙とその中のすべてのものが従わなければならないゲームのルールを設定した、というのです。たとえば、キリスト教徒の物理学者は、光速より速く移動できるものはないという不変のルールを神がプログラムしたと信じているかもしれません。私たちの宇宙ほど完璧で、精巧で、繊細にバランスの取れたものは、生命を念頭に置いて設計されたに違いない、というわけです。
2つ目は、より新しいアイデアで、私たちの宇宙は無限に存在する宇宙の1つであり、すべてが隣り合って存在しているけれども、互いにアクセスできないというものです。つまり、私たちはマルチバースの中に存在しているのです。
マルチバースを構成する各メンバーは、まったく異なる物理法則を持っているかもしれません。そして、そのほとんどは不毛で、生命を維持することはまったくできないでしょう。しかし、もし無限の数があるなら、たまにはゴルディロックスのお粥のような宇宙に出くわすこともあるでしょう。ちょうどいい塩梅の宇宙に。
しかし、これらの説明はどちらもスティーヴン・ホーキングを満足させませんでした。そして、驚くべきことに、同じ理由で。
少し時計を巻き戻しましょう。20世紀、カール・ポパーというイギリス系オーストリア人の哲学者が、科学とは何か、科学でないものは何かを正確に定義しようと試みました。彼は、強力で影響力があり、しかし悪魔的にシンプルな定式化を考え出しました。ポパーは単純に、適切な科学理論は反証可能でなければならないと言ったのです。つまり、実験と証拠によって誤りであると証明される可能性を持たなければならないということです。
多くの人が創造主の考えを信じています。実際、それは宇宙と生命の完璧な適合に関する最も一般的な説明です。しかし、それは科学理論ではありません。なぜなら、実験室に行って、いくつかテストを実行して、それを反証する方法がないからです。それは反証可能ではないのです。
マルチバース理論も同じ問題を抱えています。他の宇宙が存在するかどうかをどうやってテストできるでしょうか？ 私たちは自分の宇宙でさえ、そのすべてを見ることはできないのです！
光より速く移動できるものはないため、私たちは科学者が観測可能な宇宙と呼ぶ、かなり大きな泡の中に閉じ込められています。私たちの宇宙には、星が出す光が私たちに届くのに十分な時間が経っていない場所があり、私たちはそれらを見ることができません。そして、その光は決して私たちに届かないでしょう。宇宙が膨張しているからです。それは、暗い野原でランタンを持っているけれど、動くことができないようなものです。ある地点の向こう側に何があるのか、私たちには永遠にわからないのです。
ホーキングは、この領域を見渡して、深く不満を抱きました。彼は、宇宙のコードに関する新しい理論が必要だと悟ったのです。
時間とは何か？
私たちは皆、自分たちが3次元の世界に住んでいるという考えに慣れています。上下、左右、前後。私たちは食料品を買いに行き、車を運転し、階段を上り、晴れた場所での休暇のために3万フィートの上空を飛びます。
しかし、もし私たちの世界にもう1つ次元があると言ったらどうでしょうか？ 4つ目の次元が？
この余分な次元は、あなたも聞いたことがあるかもしれない人物によって発見されました。アルバート・アインシュタインです。いや、「発見」というのは正しい言葉ではありません。このドイツの天才は、私たちの日常生活のすべてに存在し、誰にとっても決して十分ではないものを取り上げ、それが私たちの3つの空間次元と並ぶ次元として存在することを数学的に証明しました。アインシュタインは時間を再発明したのです。考えてみてください。物体は場所に存在するだけではなく、ある時点にも存在するのです。
ここまではついてきていますか？ いいでしょう、ここからが奇妙になっていきますから。
1983年、ホーキングは無境界仮説と呼ばれるものを提唱しました。宇宙の歴史をはるか昔まで巻き戻すと、彼はビッグバンの前には時間が存在しなかったことを発見しました。すべては永遠の中の無限に小さく、無限に密度の高い点として存在していました。
無境界仮説によれば、ビッグバンの前に何があったかを問うことは無意味です。時間が存在しなかったからです。しかし、ビッグバンのほんの一瞬後、私たちの3つの空間次元が出現し、これらの3つの次元から時間が4番目の次元として飛び出しました。
そしてここから、ホーキングの新しい理論——ハートッグの本の核心にあるもの——の魔法が始まります。
すでに見たように、『ホーキング、宇宙を語る』の中でホーキングは、私たちの宇宙の物理法則は固定され永遠であると書きました。しかし、その出版後、彼は考えを変え始めました。
その代わりに、ホーキングは、これらの法則はビッグバン後の決定的な瞬間に宇宙とともに進化したと考えるようになりました。電磁気力、重力、暗黒物質、中性子の重さ——これらは突然変異し、進化しました。ちょうど、チャールズ・ダーウィンが動物の種は突然変異し進化することを示したように。人生の終わりに向けて、ホーキングは物理学をますます生物学の視点から見るようになっていました。
重要なことは、これらの進化が量子の領域で起こったということです。
これは複雑な話ですが、量子物理学について考える最良の方法は、確率という観点からです。原子の原子核の周りを飛び回る電子は、明確な位置や重さを決して持っていません。それは、特定の場所にいて、特定の重さを持つという確率を持っているだけなのです。
つまり、すべてが確率である量子の王国では、今日私たちの宇宙を支配する法則は、無限の可能性の範囲から作り上げられたのです。
奇妙ですよね？
驚異のトップダウン宇宙論
前のセクションを読んで頭をかいているなら、あなただけではありません。これは非常に奇妙な話で、私たちの直感的な理解方法からはかけ離れています。この世界の物事は、私たちの日常生活を支配する論理から完全に切り離されているように思えます。唯一できることは、微笑みながら、物理学と、私たちがいる宇宙の、なじみのない複雑さと壮大さに驚嘆することです。
次の2つのセクションをなんとか進んでいく間、このことを心に留めておいてください。
先ほど、量子物理学では、何も特定の値を持たず、ただ特定の値である確率しか持たないと言いました。しかし、それだけがすべてではありません。
何かが測定または観測されると、それは明確な値を持ちます。電子の例に戻りましょう。測定される前は、電子がここにある確率は30パーセントで、あそこにある確率は67パーセントです。しかし、一度測定されれば、私たちはそれがどこにあるかを正確に知ることができます。
また、量子物理学には重ね合わせと呼ばれるものがあります。これは、何かが2つの異なる値を持つ確率が等しい場合を表す洒落た言葉です。基本的に、何かが測定される前は、技術的には同時に2つの場所に存在することができるのです！
測定によって値を固定すること、そして重ね合わせ。この2つのことは、ホーキングとハートッグが取り組んだもう1つの心を揺さぶるコンセプト——宇宙論の研究全体に革命を起こす可能性のあるもの——にとって重要です。
これはトップダウン宇宙論と呼ばれ、ボトムアップ宇宙論が時間を前進させながら宇宙を研究することを知れば、理解しやすくなります。ボトムアップ宇宙論を行う科学者は、ビッグバンから始めて前進し、科学理論と証拠を使って、私たちが見るべきものを予測します。しかし、トップダウン宇宙論は、時間、原因、結果について私たちが知っていることをひっくり返します。
量子物理学では、観測という行為が特定の値を固定するということを覚えていますか？ さて、もし宇宙の法則がビッグバン直後に量子の領域で進化し、今や人間の科学者がそれらの法則を測定し観測しているとしたら、奇妙な話ですが、私たちは重ね合わせとして同時に存在する膨大な範囲の異なる可能性の中から、観測によってそれらを固定してきたのです。
この見方では、過去は現在に依存するようになり、人間の観測者がこのプロセスにおいて大きな役割を果たすことになります。
奇妙な科学
ホーキングとハートッグの、もつれた、恐ろしくもありながら不思議なほど素晴らしい共同研究を完成させるには、最後のコンセプトを探求する必要があります。ホログラフィーです。
過去10年間、ホログラフィーは理論物理学で大流行してきました。この理論では、宇宙は原子や空間という観点からではなく、情報という観点から考えられます。これは、量子物理学では、物事は重さや速さのような値を持たず、ただ確率としてのみ存在することを理解すると、より納得がいきます。
さて、みなさんは『スター・ウォーズ』を見たことを覚えていますか？ 登場人物たちが遠くの惑星から互いに通信するとき、話したい相手の近くの平らな面から、彼らの体の不気味なコンピューター投影が飛び出します。これがホログラムです——2Dの表面から投影される3Dの物体です。
では、ホログラフィック宇宙とはどういう意味でしょうか？ それは、私たちが3つの空間次元を含む世界に住んでいるけれども、これは私たちがアクセスできない、より多くの次元を含む宇宙の投影にすぎないということです。
これは宇宙を情報という観点から考えることと何の関係があるのでしょうか？ これに答えることは科学が得ることができる限り難しいことですが、本質的なアイデアは、ブラックホールの研究から、私たちの日常の次元がホログラフィックであるという証拠が見つかっているということです。
ブラックホールの中心には、特異点と呼ばれるものがあります——無限に密度が高く、無限に小さな点です。それがとても重いため、巨大な重力場が球の形で特異点を取り囲んでいます。さて、宇宙が情報で構成されていると考えるなら、この球が膨大な量の情報を含むことは理にかなっていますよね？
しかし、科学者たちが計算してみると、ブラックホールが含む情報は、球としての容量と等しくないことがわかりました。それは円としての容量と等しいのです。球を2次元で表すと何になりますか？ そうです、円です。これはホログラフィック宇宙理論の証拠となります。
ホーキングとハートッグはこれを受け取り、宇宙の始まりを覗き込みました。彼らはいくつかの方程式を実行し、時間の次元がビッグバンの直後に3つの空間次元から作られたと主張する無境界仮説が、私たちの宇宙がより高い次元を含むホログラムであるという理論と完全に一致することを悟りました。
彼らはこのモデルを発展させ続け、宇宙が情報のビットで構成されているというアイデアを取り入れました。そしてこれをビッグバンまでさかのぼって追跡し続け、宇宙の始まりに近づくにつれて、映画の解像度がどんどん粗くなっていき、ついには……無になるように、ビットが尽きていくことに気づきました。空間の前、そして時間の前です。
そして、これで——おめでとうございます！ 時間の起源へと戻る、私たちのとっぴな旅をやり遂げたのです！
最終まとめ
スティーヴン・ホーキングは人生の最後の数十年間で、私たちの宇宙がどうしてそれを支配する物理法則を持つに至ったのかについて、考えを変え始めました。彼は以前の説明に満足していませんでした。それらは反証可能な科学理論ではなかったからです。そこで彼は白紙に戻って考え直しました。
彼は、私たちの宇宙は、私たちがアクセスできない他の次元を含むホログラフィックな投影であるという理論を考え出しました。これは、時間の次元がビッグバンの直後に私たちの3つの空間次元から飛び出したという彼の理論を裏付けるのに役立ちました。
また、ホーキングが信じたのは、ビッグバンの直後のこれらの瞬間に、私たちの宇宙の法則が量子物理学のレベルで変化し進化し、今日の科学者たちがこれらの法則を観測することによって、無限の可能性の範囲から、観測するだけでそれらを固定してきたということでした。
