『グランド・デザイン』（2010年）は、人類がいかにして誕生し、科学的手法を用いて、種としての驚くべき成長と、私たちを取り巻く世界を説明し始めたのか、その魅力的な物語を語る。ニュートンやアインシュタインの基礎的な法則から、量子物理学という驚異の科学まで、私たちがどこまで進歩し、人生の大きな問いの答えにどれほど近づいているのかを知ることができる。
この本の要点：生命、宇宙、そして万物の物語を学ぶ
物理的世界に関する私たちの知識は、この数千年で目覚ましい進歩を遂げてきた。青銅器時代の「科学者」に宇宙はどうやって始まったのか、どう動いているのかと尋ねたら、おそらく「すべて神々の仕業だ」と答えたことだろう。今日、私たちははるかに多くのことを知っている。科学は宇宙がどのように形成されたかについて優れた考えを持っているだけでなく、宇宙がどのように終わるのかについても、かなり明確な示唆を与えてくれている。
その間にも、科学は私たちの周りの世界がどのように機能しているかを理解する上で大きな飛躍を遂げてきた。恒星や銀河のような想像しうる最大の天体の相互作用であれ、微小な素粒子の動きであれ、科学者たちは常に学び続けている。この要約では、科学の発展の簡単な歴史を案内する。私たちがどうやって現在の知識を得たのかを説明し、まだ発見されていないものを示唆する。この要約では、以下のことも学べる：
- なぜ自由意志など存在しないのか
- なぜ私たちの「現実」だけが唯一のものではないかもしれないのか
- なぜ私たちがここに存在していることが信じられないほど幸運なのか
世界を説明する探求は、神話から科学へと移行した。
人間を特徴づけるものの一つは、その好奇心である。私たちは存在する限りずっと、大きな問いについて考え続けてきた。なぜ私たちはここにいるのか？宇宙に私たちだけなのか？創造主はいるのか？
これらの問いは何千年も前からあるが、科学的探究という手法で答えを得るようになったのは比較的最近のことだ。古代、私たちは世界の自然現象を説明するために神々を用いていた。太陽の神、雨と雷の神、地震や火山の神さえいた。だから、良い天気を切望するときは、適切な神々を喜ばせようと懸命になった。そして干ばつや自然災害に見舞われたときは、神々を十分に喜ばせられなかった自分たちの失敗のせいだと信じていた。この神話的思考から私たちを前進させたのは、アリストテレス、アルキメデス、タレスといった古代ギリシャの哲学者たちだった。
これらのギリシャの思想家たちは人生の大きな問いについて考え、宇宙を熟考することに専念し、神の介入とは別に世界を理解する方法を見つけ始めた。アルキメデスのような人物は今日の意味での正真正銘の科学者とは見なされないかもしれないが、実験を行い、結果を注意深く観察・測定した最初の人物の一人だった。こうして彼は「てこの原理」のような革命的な法則を生み出した。小さな力で重い物を持ち上げられることを説明したものだ。この考え方は洗練され続け、近世には科学的方法として知られるようになった。仮説を立て、実験・測定・観察を通じて厳密に検証するという厳格なシステムである。
16世紀から17世紀にかけて、ガリレオ、ヨハネス・ケプラー、ルネ・デカルトといった学者たちが科学的方法の初期の提唱者だった。アイザック・ニュートンはこのシステムを用いて重力と運動の法則を定式化し、ついに惑星や恒星の動きを理解できるようになった。やがて科学者たちは科学的方法を用いて、物理的世界のすべてがどのように機能するかを説明するようになった。これが科学的決定論、つまり自然界のあらゆる出来事は科学的に説明できるという信念につながった。人間の決断でさえも。
人間に自由意志があるのか、それとも科学的決定論に従うのか、科学者たちは長年議論してきた。
「ちょっと待って、私の決断が科学的に説明できるなら、それは自由意志の考え方に反するのでは？」と思うかもしれない。実際、多くの人が科学的決定論のルールを自然に適用することは受け入れられるが、人間の本性に関してはもっと難しい問題だ。その結果、学者たちは自由意志という概念、そしてそもそもそんなものが存在するのかどうかについて長い間議論してきた。自由意志を擁護する立場にいるのが哲学者ルネ・デカルトだ。彼は、人間がまるで予め決められたプログラムに従うロボットのように、単に自然法則に従っているだけだとは信じなかった。
デカルトは、科学的法則で説明できる人体と、そのような推論が適用されない人間の魂とを明確に区別した。彼は魂を人の自由意志の源と見なし、魂の場所まで提案した。脳の中心にある松果体である。デカルトの主張は説得力があるが、自由意志と科学的決定論の対立を浮き彫りにする多くの疑問も提起する。まず、人間に自由意志があるなら、すべての哺乳類にもあるのか？あるなら、この特性は進化のどの時点で現れたのか？自由意志は多細胞生物の特性なのか、それとも細菌にもあるのか？
科学的法則に従う生物と、この一見魔法のような性質を持つ生物との間に、どこで線を引くのか？単純な真実は、線などないということだ。私たちが自由に行動を選択できると考えるのは心地よいかもしれないが、これらの思考や決断はすべて、実際には物理的・化学的法則によって説明できる。神経科学の最近の進歩により、私たちの行動の背後にある科学的法則はかなり明確になった。科学者たちは今や、脳の各領域を刺激することで、人に話したい欲求や体の特定の部分を動かしたい欲求を与えられることを知っている。つまり、私たちが行うあらゆる選択は、私たちの周りの他の生物と同様に、生物学的メカニズムに帰することができるのだ。
観察者から独立した「現実」は存在しない。
リビングルームの金魚鉢に住む金魚には、何が見えていると思うだろうか？これは実際にイタリアのモンツァ市で問題になった。2004年、市議会は曲面の金魚鉢を禁止した。曲面ガラスが魚の視界を歪め、残酷に歪んだ現実の中で生きることを強いることになると判断したからだ。しかし、これが本当であるためには、まず私たちの現実が何の歪みもない、あるいは唯一の正確な現実が存在すると信じなければならない。
それは非常に思い上がった考えだろう。実際は、私たちは皆、自分独自の方法で物事を見ているのだから。別の言い方をすれば、個人が経験するものを離れて「現実」は存在しない。あなたが「現実」と呼ぶものは、感覚が送る情報から脳が作り出す心的イメージである。木のイメージを認識するのは、目の網膜が木のような物体によって散乱された光を捉え、脳がそれを使って木の心的イメージを作り出したからだ。あなたが見ているものを現実だと信じるのは、あなたと同じ感覚を使って、正確だと認められている科学法則を人々が作り出してきたからだ。あなたの視覚がこれらの法則に従っているので、あなたは自分の現実を正しいものとして受け入れている。
そう考えると、曲面の金魚鉢の中の金魚の現実も、同じように正確で正しい可能性がある。金魚がこの金魚鉢の中で実験を行い、その世界の根本原理について一連の法則を定式化すると想像してみてほしい。曲面の金魚鉢は観察される物体を直線ではなく曲線で移動させることになるので、結果は私たちの世界とは異なるが、その世界もまた機能的な現実のバージョンであることに変わりはない。最終的に、あなたが経験する現実は、他のどんな生物の現実よりも優れているわけでも劣っているわけでもない。物事を違って見るかもしれないが、すべての生物は自分たちの相対的な経験を正確に反映する科学法則を作り出す可能性を持っているのだ。
現実の良いモデルは、エレガントで一貫性があり、現実に適合し、未来を予測できるべきだ。
すべてが相対的であることを覚えておくことは重要だが、だからといって、どんな古い理論や科学モデルでも受け入れられるべきだということにはならない。現実のすべての良いモデルが従うべき4つの基準がある。第一に、エレガントであること。確かにエレガンスはかなり主観的だ。
しかし科学の世界では、ほとんどの専門家が、エレガントなモデルとは、非常に複雑な主題を極めてシンプルにできるものだという点で一致している。アインシュタインの有名な公式E=MC²は、科学のエレガンスの完璧な例だろう。アインシュタインは科学理論家へのアドバイスとして、「可能な限りシンプルに、しかしシンプルすぎないように」理論を目指すべきだと述べている。良い理論の第二の基準は、調整可能な要素やランダムな要素に依存しすぎないことだ。理論が機能するために多くの追加要素を必要とするのは悪い兆候である。例えば、初期の天文学者たちは、すべてのものが地球の周りを完全な円で回っていると信じていた。
しかし、すぐに観測結果がこの理論と明確に矛盾するようになり、天文学者たちはこの理論を存続させるために新しい緩和要素を追加しなければならなかった。ローマの数学者で天文学者のプトレマイオスは、惑星が地球の周りをより小さな個別の円で動いているに違いないと提案した。それは観測結果を説明するものだったが、実際に証明していたのは元の理論が間違っていたということだった。良いモデルの第三の基準は、既存のすべての観測結果を説明できることだ。ニュートンの光の理論を考えてみよう。彼は光が粒子、彼の言葉では微粒子でできていると提案した。
ニュートンの理論は、光が直進する理由や、水中で屈折する理由を説明した。しかし、一つのこと、つまり光が2つの表面の間で反射されるときに同心円のリングのパターンを形成する理由を説明できなかった。ニュートンの理論はこの一つの観測結果を説明できなかったため、受け入れられる科学法則ではなかった。最後に、第四の基準は、すべての良い理論が将来の観測と予測に貢献しなければならないと定めている。
量子論は亜原子スケールで自然を記述する――そして私たちに世界の異なる概念を与える。
これまでは肉眼で観察できるものを見てきたが、私たちの周りに見えるものはおおむねすべて正常で説明可能だ。しかし、量子論が支配する亜原子レベルで周りで何が起きているかを見ることができたら、物事はそれほど正常には見えないだろう。量子物理学の最も重要な教義の一つは、1926年にドイツの物理学者ヴェルナー・ハイゼンベルクによって確立された不確定性原理である。ハイゼンベルクは、粒子の位置と速度を同時に正確に測定することは不可能だと考えた。
粒子の速度を正確に捉えようとすると、その位置を測定する能力を失い、その逆もまた然りだ。そして無限の可能性があるため、粒子がどこにあったのか、将来どこにいるのかを予測することは不可能だ。できる最善のことは、粒子がありそうな様々な場所の確率を測定することだ。量子論のもう一つの重要な原理は、私たちは何かを受動的に観察することはできないと述べている。
むしろ、観察することによって、私たちは観察しているものに影響を与えている。例えば、冷蔵庫を開けて中を見ると、中の温度を変え、中の食べ物や飲み物を光の光子にさらしている。リンゴのような大きなものに光を当てても大した影響はないが、光子、つまり光の粒子を発射することは、他の小さな粒子の動きと方向に大きな影響を与える。このように、単純な光が引き起こす撹乱が、量子レベルでの実験を非常に困難にしているのだ。
アインシュタインは時間と空間の理解に革命をもたらした。
アルバート・アインシュタインは1905年、物理学を根本から覆した年に、まだ26歳だった。特殊相対性理論によって、アインシュタインは私たちが時間を経験する方法も相対的であることを証明した。これがどのように可能かを理解するために、光速に近い速度で飛行する飛行機のコックピットにいると想像してみてほしい。そして飛行中、光のビームが飛行機から地上へと連続的に反射しているとする。
あなたの視点からは、光は常にまっすぐ上下に移動しているように見える。しかし、地上に立って飛行機が通り過ぎるのを見ている人にとっては、光は異なる経路を移動し、各反射で前方への角度を持って動いているように見える。理にかなっているだろう？しかし、ここからが厄介なところだ。光の速度は誰にとっても同じなのだ。あなたが時速10マイルで移動していようと時速10,000マイルで移動していようと、光は常に秒速186,000マイルで進む。つまり、速度＝距離÷時間であることを考えると、このシナリオでは、光の速度はあなたと地上の観察者の両方にとって同じなのに、距離の認識は異なる。
つまり、時間の認識も異なっているはずだ。言い換えれば、速く移動すればするほど、静止している人と比べて時間は遅くなる。アインシュタインの一般相対性理論もまた、重力がどのように機能するかを説明した点で画期的だった。そのためにアインシュタインは、私たちの次元は空間と時間の組み合わせであり、それゆえ時空と呼ばれると理論化した。
時空はビリヤード台の表面のように想像できる。重力がなければ、テーブルはまっすぐで、すべてのものが自由に動くだろう。しかし重力は、テーブルのちょうど中心にある重りのようなもので、テーブルを歪ませ、物体が中心に向かって引き寄せられ、中心の周りを回るようにする。これが、太陽のような大きな恒星の重力が、太陽系のすべての惑星を引き寄せて周回させることができる仕組みだ。
物理学者たちは今も万物の統一理論をめぐって議論しているが、M理論は有力な候補かもしれない。
現在、重力や量子粒子など、異なるものがどのように機能するかを説明する多くの理論があるが、これらの個別の理論は常に互換性があるわけではない。例えば、量子論と一般相対性理論は、うまく調和しない。これは物理学者たちが何世代にもわたって取り組んできた問題だ。自然界の4つの基本的な力――弱い核力、強い核力、電磁気力、重力――を結びつける大統一理論（GUT）である。多くの試みにもかかわらず、GUTを定式化するすべての努力は失敗に終わってきた。実験が理論を反証し続けているからだ。
例えば1970年代には、陽子が平均10³²年で崩壊すると予測するGUTの試みがあった。しかし最近の実験では、正確な速度は10³⁴年以上であることが示されている。しかし、すべてが失われたわけではない。M理論が統一理論への長年求められてきた答えかもしれないのだ。M理論は、一つの理論ではなく、複数の理論が集まって一つの大きな完全な絵を形成するという点で、従来の試みとは少し異なる。
M理論は地図帳のように機能する。地域の詳細を示す個別の地図が含まれており、それらをすべて組み合わせると、すべてがカバーされる。M理論の最も興味深い側面の一つは、複数の宇宙の可能性を示唆していることだ。実際、それは他の宇宙の全範囲の存在を示唆しており、次の要約で見るように、私たちの宇宙が生命に適したものになったのは純粋な幸運だったのだ。
宇宙は膨張しており、私たちはその中で今いる場所にいることが幸運だ。
宇宙における私たちの存在は、宇宙そのものの存在と同様に、常に微妙な問題だった。何世紀にもわたって、宇宙がどのようにして生まれたかという問題は、常に存在していたと信じる人々と、神の御業だと信じる人々という2つの学派を通じて扱われてきた。現代科学が、自然法則に従いながら宇宙がどのように始まり、どのように膨張しているかを説明するツールを持ったのは、比較的最近になってからだ。1929年、アメリカの天文学者エドウィン・ハッブルが、ほぼすべての銀河が一つの方向、つまり地球から遠ざかる方向に動いているという発見をした。
彼はまた、銀河が遠ざかるにつれてその速度が徐々に増加していることにも注目した。結論は明確だった。宇宙は膨張しているのだ。そして何かが膨張しているなら、それはかつてはもっと小さかったことを意味する。実際、科学者たちは膨張を、すべての物質とエネルギーが信じられないほどの密度と極端な温度の小さな領域にぎゅっと集中していた時点まで巻き戻すことができた。そして彼らは、これがビッグバン、つまり宇宙を動かし始めた爆発の直前の宇宙の姿だと信じている。ビッグバンの後、地球が生命の形成に適したものになったのは、少しの幸運だった。
私たちの惑星は現在ハビタブルゾーンと呼ばれる場所に存在している。太陽からちょうど良い距離にあり、破壊的な隕石からも安全な小さな領域だ。太陽から遠すぎず近すぎないことで、惑星の表面の多くを構成する水は、沸騰するほど熱くもなく、氷のように冷たくもない。それでも、様々な宗教の多くの人々は、私たちの幸運な位置は運の問題ではなく、神によるインテリジェントデザインだと見なしている。しかし、宇宙を創造したのが神だと信じるなら、それはより多くの疑問を提起する。神を誰が、何が創造したのかという核心的な問いも含めて。ほとんどの天文学者、物理学者、そして科学的方法に従う人々にとって、私たちを存在させたのは神の手ではなかった。それは多くの要因が重なり合った結果であり、私たち地球人は驚くほど幸運で恵まれた人々なのだ。
最終まとめ
この本の重要なメッセージ：何千年もの間、人間は物理的現象を神々の気まぐれのせいにして説明してきた。 しかし宇宙は物理法則によって支配されており、それに従って理解することができる。 物理法則は宇宙がどう振る舞うかを教えてくれ、人間は科学的方法の発展と実践を通じてこれらの法則を発見することができた。 ご意見をお聞かせください。
私たちのコンテンツについてのご意見をお待ちしています！件名にこの本のタイトルを入れて、remember@blinkist. comまでメールでお気軽にお寄せください。 さらに読みたい方へ：『ホーキング、宇宙を語る』スティーブン・ホーキング著 『ホーキング、宇宙を語る』（1988年）は、科学理論の歴史と、今日の宇宙理解を形作るアイデアの両方を概観する。ビッグバンやブラックホールから宇宙で最も小さな粒子まで、ホーキングは宇宙の歴史とその背後にある複雑な科学の両方について明確な概要を提供している。しかも、これらのアイデアに初めて触れる読者にも理解できる方法で提示されている。
