『ビッグ・ピクチャー』（2016年）は、私たちが知る世界と、科学的思考を用いてその大部分を理解する方法を野心的に考察した一冊です。生命、意識、そして宇宙そのものの起源についての洞察に満ちた検証を通じて、哲学、物理学、生物学が提起する最も難解な問いを演繹的に考える方法を読者に提供します。
この本から得られること──宇宙の内なる仕組みを解き明かす
長い間、人類は一見答えの出ない問いと格闘してきました。「なぜ私たちはここにいるのか？」「いったい何のために？」私たちはまだこれらの問いに決定的な答えを出せていませんが、近年の科学によって、私たちが生きる宇宙と、生命が進化し続ける理由について、はるかに深い理解が得られるようになりました。
もちろん、まだ先は長い道のりです。しかし、以下のセクションでは、時間、空間、さらには意識の本質に関する最近の発見を紹介していきます。そしてもちろん、この先どこへ向かうのかも探求していきます。
このサマリーでは、次のことがわかります。
- テレパシーや空中浮遊が存在する可能性が非常に低い理由
- 生物が海から陸へ移動するにつれて批判的思考を発達させ始めた経緯
- エントロピーとは何か、そしてなぜそれが重要なのか
物理法則は、世界を説明し疑似科学を排除するための確固たる基盤を提供する
私たちの祖先は自然界の現象を説明しようとしたとき、それが全能の神々の仕業だと信じていました。今日、物理学者たちは、太陽が輝く理由や雨が降る理由について、より深く理解しています。そして科学的手法と物理法則を用いることで、今なお大衆の想像力を魅了し続ける超常現象の多くを排除することができます。
物理学者でありノーベル賞受賞者でもあるフランク・ウィルチェックは、私たちの宇宙の基本法則に名前を付けるために「コア理論」という用語を作り出しました。
コア理論は、クォーク、電子、ニュートリノなど、既知のすべての粒子がどのように相互作用するか、そして電磁気力、重力、核力の影響をどのように受けるかを説明します。また、すべての粒子に質量を与えるエネルギー場であるヒッグス場も含まれます。
コア理論で説明できることには限界がありますが、本質的に私たちの日常生活に影響を与えるすべてのものをカバーしています。光の分子が原子や物体全体とどのように相互作用するか、ハチドリがどうやって飛び立ち、空中でホバリングしているように見えるのかを説明してくれます。
コア理論には、交差対称性などの貴重なツールが含まれています。これにより、人気のSFに見られる念力やテレパシーなどの空想的な現象を排除することができます。
とりわけ、交差対称性は、念力に必要な粒子が存在しないことを示しています。なぜなら、もし存在すれば、科学者たちはとっくに発見しているはずだからです。
これは演繹の問題です。念力は心を使って物体を動かす行為なので、物体の物質と相互作用するために心が生成または操作できる何らかの粒子が存在するはずです。それを「粒子X」と呼びましょう。
交差対称性によれば、もしその粒子Xが存在するなら、陽子と反陽子の衝突によって生成されるはずです。しかし、これらの衝突を研究する無数の実験が行われてきましたが、極端な状況下でも粒子Xが存在する証拠はありません。
これは、テレパシーや空中浮遊などの他の超常能力を排除するためにも使われる同じプロセスです。
因果律は、宇宙の仕組みを理解する上で根本的なものではない
私たちは誰もが因果律という考え方に馴染みがあります。それは、すべての行為には原因と結果があるという原則であり、現代科学だけでなく哲学の発展においても中心的な役割を果たしてきました。しかし、因果律は現在、批判にさらされ始めています。物理学者も哲学者も、このような原理を信じていたのは間違いだったと、ますます考えるようになっています。
私たちが因果律を重視してきたのはアリストテレスにまで遡ります。彼は、あらゆる運動は何か別のものによって引き起こされると固く信じていました。
例えば、テーブルの上に本が置かれていた場合、あなたか他の何かが本やテーブルを動かさない限り、その本は同じ場所に留まり続けます。
アリストテレスはこれについて哲学的に考察し、「宇宙で最初の運動を引き起こし、すべてを動かし始めたものは何か？」と考えました。アリストテレスは、宇宙は動かないがものを動かす力を持つもの——神のような「不動の動者」——によって動かされたに違いないと考えました。
今日、物理学者たちは、すべての運動には原因があるというアリストテレスの主張を不正確だとみなしています。そのため、物事の基本的な理解において因果律はそれほど重要ではないと考えられています。
その大きな理由の一つは宇宙です。摩擦や運動を引き起こす可能性のあるものから切り離された宇宙空間の物体を想像してみてください。その物体はそれでも運動し続けます。これは運動量保存の法則が働いているからであり、そのような物体が何の原因もなく永遠に運動し続けることが自然であることを示しています。
原因が不要であるという考え方は、実はフランス啓蒙主義の時代にまで遡ります。天文学者ピエール・シモン・ラプラスは、私たちが観察できるパターンを優先して、原因と結果を無視しました。
ラプラスはビリヤード台のボールを例に説明しました。1つのボールが別のボールに衝突し、2番目のボールを動かす様子を想像してください。今度は、映画を巻き戻すように、この動作が逆に起こるのを想像してください。逆の動作も物理法則に完全に従っています。
同じ公式で逆方向の動作を説明できるなら、因果律は無関係であることを意味します。動きを引き起こしたのは物理法則なのです。
基礎理論と創発理論は、異なる状況に対して異なる視点を提供する
因果律の放棄は科学界を根底から揺るがしました。そして、混乱が収まったとき、物事をまったく新しい方法で見ざるを得ませんでした。
というより、2つの新しい方法で見ることになりました。基礎的・微視的レベルと、創発的・巨視的レベルです。
これら2つの視点の違いをよりよく理解するには、ガスで満たされた部屋など、具体的なものを考えるのが一番です。
ガスを基礎的レベルで見ると、それは互いに衝突し合う高速で動く分子の集まりにすぎないことがわかります。このように見ることで、各分子の速度と方向を正確に記述することができます。
視点を引いて創発的レベルで見ると、ガスは一定の圧力、温度、密度を持つ液体として見えます。これらは、あまり近づきすぎて微視的レベルで見ていると見えない種類の性質です。そのため、創発的レベルは、それらの粒子がすべて集まったときに何が起こるかを見るのに適しています。
明らかに、両方の視点には利点があるので、課題は目前の問題を解決するのに最適な方を選ぶことです。
両方の視点には独自の語彙と概念がありますが、どちらかが優れているとか、より真実に近いというわけではありません。どちらも有用です。
分子が非常に少ない領域を見ていて、個々の分子の挙動を知る必要がある場合は、基礎概念のツールを使うのがおそらく最適です。
分子が多く、それらの相互作用を記述することが目的の場合は、創発のツールを使うのがおそらく最善の方法です。
次のセクションで見るように、創発の概念は時間の理解において貴重なものでした。
エントロピーのために、時間は過去から未来へと進む
すでに見たように、物理法則によれば、過去に何かがどのように起こったかと、未来にそれがどのように起こるかの間に違いはありません。そして、この事実は興味深い疑問を提起します。なぜ私たちは時間を厳密に直線的に経験するのでしょうか？
しかし、時間を基礎的視点から見ると、時間を通じて他の方向に移動する可能性が見えてきます。
ラプラスのビリヤード球の実験が示すように、逆方向の動作は物理法則に矛盾しません。そして、原子の衝突、振り子の揺れ、軌道上の惑星についても同じことが言えます。これらのことを逆に再生しても、すべて物理法則と完全に調和します。このように見ると、時間は対称的です。
しかし、時間を巨視的視点から見ると、過去と未来は非常に異なって見えます。例えば、私たちは過去の記憶はありますが未来の記憶はありません。また、過去の自分は若く、未来の自分は年老いています。このように、ここでは時間は非対称的です。
創発的視点におけるこれらの違いの理由は、エントロピーの結果です。エントロピーとは、与えられた系におけるカオスまたは無秩序の尺度です。
基本的な法則として、エントロピーは時間とともに増加します。私たち人間はその生きた例です。時間が経つにつれて歳をとり、体は弱くなり、最終的に完全に壊れて死にます。そしてこれは一方向のプロセスです。エントロピーは時間が進むにつれて増加するだけです。ラプラスの実験のビリヤード球とは異なり、このプロセスは両方向には進みません。
観測により、エントロピーが時間とともに増加することが確認されています。この説明は、低エントロピーの状態よりも高エントロピーの状態の方がはるかに多く存在するため、時間が経つにつれて系のエントロピーが増加する可能性が極めて高いというものです。考えてみてください。何かが秩序立っているよりも無秩序である可能性の方がはるかに多いのです。例えば、砂は城の形よりもランダムなパターンで見つかる可能性の方がはるかに高いのです。
エントロピーの増加は、私たちの「時間の矢」の考え方の根幹です。しかし、これは特定の銀河や生物が時間とともに、より複雑で組織化されていった理由を説明するものではありません。次のセクションでこれを詳しく見ていきましょう。
複雑な構造は、エントロピーが増加するために生じる
エントロピーの増加がより多くの「無秩序」につながるのなら、この事実が複雑で組織化された構造が時間とともに進化するのを妨げると思うかもしれません。
しかし、エントロピーと複雑性の関係は線形ではなく、エントロピーの増加が複雑な系をもたらす時点が訪れます。
エントロピーと複雑性の関係は、むしろ曲線のようなものです。両端ではすべてが単純ですが、中央では複雑性が最も高くなります。
少量のミルクをコーヒーカップにゆっくり注ぐと、何が起こるかを考えてみてください。
最初の瞬間、2つの液体は別々で明確に分かれています。そして最後には、完全に混ざり合い、系の状態は再び単純で均一な薄茶色の液体になります。
しかし、中間では、2つの液体は混ざり合い、渦を巻き、ある場所では他の場所よりも多く混ざっています。均一性へと向かう前に、それは非常に複雑な系です。
宇宙をそのコーヒーカップだと考えると、ビッグバンの直前は、ミルクが加えられる前の瞬間、つまりエントロピーが最も低い時でした。宇宙は熱く、密度が高く、シンプルでした。そして、シンプルさこそ、宇宙が再び向かっている状態です。最後のブラックホールが消滅したときに、宇宙は再びそこに到達します。その時点でエントロピーは最大になり、すべてが再びシンプルになります。
現在、私たちは宇宙が複雑な構造で満ちている時代に生きている幸運に恵まれています。惑星、銀河、星、ブラックホール、そして生物はすべて、エントロピーのゆっくりと着実な増加の自然な結果です。
エントロピーの増加が太陽系のような渦巻く銀河を生み出したことはなんとなく想像できますが、人間やカモノハシとなると、エントロピーがどのように関与しているかを想像するのは少し難しくなります。
エントロピーは生命の誕生と進化の理由である
複雑な生物の始まりについてはまだわかっていないことがたくさんありますが、魅力的な理論がいくつか展開されています。
例えば、地球化学者のマイケル・ラッセルは、最初の生物は単なるエントロピーの乗り物であり、より多くのエントロピーを地球に取り込むための方法だったと理論づけています。
これは、地球上の生物が二酸化炭素（CO2）の水素化によって機能しているという事実によって裏付けられています。これは、二酸化炭素と水素を結合させる副産物としてメタンと水を生成する化学反応です。
メタンと水を生成することで、生物は二酸化炭素と水素よりも自由エネルギーが少なく、したがってエントロピーが高い化合物を生み出しています。
より高いエントロピーを達成することは自然な進行であり、したがって地球が「望む」ことなので、ラッセルの提案は、生命は惑星がエントロピーを増加させるための自然な方法であるというものです。
ラッセルは多くのことについて正しかったのです。1988年に彼は、地球には最も初期の生命体に適切な条件を作り出すのに役立ったであろう水中熱水噴出孔が存在するという正確な予測を行いました。案の定、2000年に、これらの噴出孔は大西洋の海底を訪れたロボットカメラによって初めて発見されました。
やがて、単純な生命体は繁殖と突然変異を始め、進化の過程を通じて、生物はより複雑で知性的になっていきました。
異なる種が発達した理由の一部は、1859年にチャールズ・ダーウィンによって初めて提唱された自然選択によって理解できます。私たちのゲノムの中には、特定の生息地で種が繁殖し繁栄する可能性を高めるための指令が組み込まれています。
これは、キリンがなぜ長い首を持っているかなど、私たちが見るさまざまな特徴を説明します。進化を通じて、彼らは木のてっぺんの葉に届く能力を獲得したのです。
しかし、知的生命を定義するより複雑な特徴についてはどうでしょうか？次のセクションでこれらを見ていきます。
心は非物質的な実体である必要はない
意識、そしてそれがどのように私たちの決定的な特徴の1つになったのかは、依然として宇宙の大きな謎の1つです。しかし、科学者たちは、いずれ答えを見つけるとかなり自信を持っています。
私たちは、意識の進化における段階が何であったかをすでに推測できます。
生物工学者のマルコム・マッキーバーは、最初の生物種の陸上への移動が、意識の発達における最も重要な段階の1つを示すと考えています。
この理論にはいくつかの理由があります。まず、水中ではよく見えたり、遠くまで見えたりするのはあまり簡単ではありません。結果として、水中生物は身近な環境の変化に即座に反応できるように常に準備していなければなりません。このような条件では、批判的思考はほとんど役に立ちません。海底での生存は、本能を使い、素早く反応することがすべてです。
最初の生物が陸上で生活し始めたとき、彼らはずっと遠くまで見ることができ、危険な脅威を遠くから認識できるようになりました。これは、異なる戦略を立て、異なる計画の長所と短所を比較検討できることを意味します。これは、認知・批判的思考、そして生存手段として想像力を使うことへの第一歩であり、私たちが現在意識と呼ぶものの始まりです。
脳の原子がどのように意識をもたらすのか——それはまた別の謎です。とはいえ、心を肉体から切り離された実体と考えることはあまり助けになりません。
歴史上の多くの尊敬される思想家たちは、二元論——心の世界が身体の物理的世界から分離しているという生命の二重性——を推進してきました。
しかし、これは二元論では説明できない多くの疑問を生み出しました。例えば、それらがそれほど分離しているなら、どのようにしてこれほどうまくコミュニケーションし、相互作用するのでしょうか？
ルネ・デカルトは二元論哲学者の中で最も尊敬された一人でしたが、その矛盾を説明するのに苦労しました。ボヘミアのエリザベート王女への手紙の中で、彼は身体とのコミュニケーションを担う脳の部分として松果体を提案しました。しかし、これがどのように機能するのか詳しく説明するよう求められたとき、デカルトは正確な説明ができませんでした。
科学的手法はすでに私たちの周りの世界の多くを説明してきました。そのため、意識の疑問に対する答えが得られるのは時間の問題である可能性が高いです。
まとめ
この本の重要なメッセージ：
現代科学はまだ宇宙や人間の心のすべてを説明できるわけではありませんが、私たちが知っていることは非常に多くあります。物理法則は、地球が太陽の周りを回る理由から、念力のような疑似科学的理論が単なる空虚な話である理由まで、私たちの周りのほぼすべてのことについて多くの洞察と説明を与えてくれました。しかし、ズームアウトして全体像を見ると、科学的思考を適用することで、時間の本質、複雑性が秩序からどのように生じるか、心が何でできているかなど、何世紀にもわたって私たちを困惑させてきた疑問にも光を当てることができます。
さらに読みたい方へ：『グランドデザイン』 スティーブン・ホーキング＆レナード・ムロディナウ著
『グランドデザイン』（2010年）は、人類がどのように誕生し、科学的手法を用いて種としての驚異的な成長と私たちの周りの世界の両方を説明し始めたかについて、魅力的な物語を語ります。ニュートンとアインシュタインの基礎的法則から、心を揺さぶる量子物理学の科学まで、私たちがどれほど遠くまで来たのか、そして人生の大きな疑問に答えることにどれほど近づいているのかを探ります。
