宇宙は多くのことを教えてくれます。
観察することは、私たちに多くのことを教えてくれます。 しかし、一部の人が推測しているほど多くのことを教えてくれません。 Image credit: NASA / NExSS Collaboration.
宇宙は、私たちが観測した基本的な法則を持っています。 また、私たちが存在し、私たちが作られているものは、その同じ基本法則に従っています。
- 宇宙における私たちの位置は、観測者としての私たちの存在と両立する範囲で、必然的に特権的なものであるという事実を考慮に入れる準備をしなければなりません。
- 宇宙(およびそれに依存する基本的なパラメータ)は、ある段階でその中に観測者が生まれることを認めるものでなければならない。
この2つの声明は、1973年に物理学者のブランドン・カーターが最初に語ったもので、それぞれ「弱い人間原理」と「強い人間原理」と呼ばれています。 この2つの原理は、それぞれ「弱い人間原理」と「強い人間原理」と呼ばれています。
今まさに未来の観測者を生み出しているかもしれない、星形成領域にある若い星団。 Image credit: ESO / T. Preibisch. これらのシンプルで自明な事実は、実際に大きな重みを持っています。 私たちの宇宙は、知的な観察者が進化できるような特性を持って存在していることを教えてくれます。 これは、知的生命体と相容れない性質とは明らかに対照的であり、宇宙を観察するために存在する人はいないという理由で、宇宙を説明することはできません。 私たちが宇宙を観察するために存在していること、つまり観察するという行為を積極的に行っていることは、宇宙が私たちの存在を認めるように仕組まれていることを意味しています。
La Silla Observatoryで見た天の川、手前は観測者。 Image credit: ESO / Håkon Dahle.手前に観測者がいます。 Image credit: ESO / Håkon Dahle.
それによって、私たちは宇宙についても多くの正当で科学的な声明や予測を行うことができます。 フレッド・ホイル氏は、星の内部で3つのヘリウム4原子核が炭素12に融合するためには、特定のエネルギーで炭素12原子核の励起状態が存在する必要があると予測しました。 その5年後、核物理学者のウィリー・ファウラーによって、理論的なホイル状態とそれを形成するメカニズム（トリプルアルファプロセス）の両方が発見・確認され、宇宙の重元素が宇宙の歴史の中でどのようにして星の中に構築されていったのかを理解することにつながった。
トリプルアルファプロセスの発見は、おそらく科学史上最も見事に成功した人間的推論の使用である。 Image credit: Wikimedia Commons user Borb.
宇宙の真空エネルギー (何もない空間そのものに固有のエネルギー) の値を、場の量子論から計算すると、あまりにも高い不合理な値が出てきます。 空っぽの空間のエネルギーは、宇宙の膨張率の速さ（負の場合は収縮率の速さ）を決めるもので、これが高すぎると、生命や惑星、星、さらには分子や原子そのものを形成することができません。 銀河、星、惑星、そして人類が存在する宇宙が誕生したことを考えると、1987年にスティーブン・ワインバーグが計算した宇宙の真空エネルギーの値は、私たちの素朴な計算で得られる数値の10^-118倍を超えてはならないのです。 1998年に暗黒エネルギーを発見したとき、私たちは初めてその数値を測定し、素朴な予測の10^-120倍であると結論づけました。
calculation showing virtual particles in the quantum vacuum. Image credit: Derek Leinweber.
しかしながら、元々の2つの驚くべき単純な記述である弱い人間原理と強い人間原理は、あまりにも徹底的に誤解されたため、今では非論理的で非科学的な記述を正当化するために日常的に使用されています。 人間原理が多元宇宙を支えているとか、人間原理が弦の風景を証明しているとか、人間原理が小惑星から守ってくれる大きなガス惑星を持っていることを要求しているとか、人間原理が銀河系中心からの距離に我々がいる理由を説明しているとか。 つまり、人間原理を利用して、「人間がこのように存在しているのだから、宇宙はこのようになっているに違いない」と主張しているのです。
現在の宇宙は、膨大な量の成長と進化を経て、現在に至っています。 しかし、地球と人類の誕生は、あらかじめ定められた必要な結果ではありませんでした。 Image credit: NASA / CXC / M.Weiss.
人間原理とは、簡単に言えば「観測者である私たちが存在する」ということです。 そして、私たちはこの宇宙に存在しており、したがって、宇宙は観測者が存在することを可能にするように存在しているとしています。 観測者の存在が不可能になるように物理法則を設定した場合、その設定は明らかに宇宙を記述していないことになります。 私たちの存在を示す証拠は、宇宙が私たちの存在を許していることを意味しますが、宇宙がこのように展開しなければならないことを意味するものではありません。 我々の存在が必須であるという意味ではありません。 私たちの存在が必須であるということでもなく、宇宙が私たちをそのままの形で誕生させたということでもありません。 言い換えれば、「人間がいるから宇宙がこうなったに違いない」とは言えないのです。 それは人間学ではなく、論理的に破綻しています。
しかし、宇宙の真空エネルギーの値が、なぜそれが意味のあるものなのかを説明していません。 Image credit: University of Cambridge, via http://www.ctc.cam.ac.uk/research/fundamental_theory_and_cosmology.php.
1986年、ジョン・バロウとフランク・ティプラーは、影響力のある本「The Anthropic Cosmological Principle」を書き、原理を再定義しました。
- すべての物理量と宇宙量の観測値は、同じように恐らくではないが、炭素ベースの生命が進化できる場所が存在するという条件と、宇宙がすでに進化しているほど古いという条件によって、制限された値をとる。
- 宇宙は、歴史上のある段階で、その中で生命が発展できるような特性を持っていなければなりません。
つまり、「観測者としての我々の存在は、宇宙の法則が観測者の存在を可能にするようなものでなければならない」ではなく、「宇宙は炭素ベースの知的生命体を許容しなければならず、その中で生命が発展しないような宇宙は認められない」ということになります。
- 存在する宇宙は、観測者を生成し維持することを目的として設計されている
- 宇宙が存在するためには観測者が必要である
- 我々の宇宙が存在するためには、異なる基本法則と定数を持つ宇宙のアンサンブルが必要である。
最後のものが多元宇宙の悪い解釈のように聞こえるなら、それはバローとティプラーのシナリオがすべて自明の原則の悪い解釈に基づいているからです！
重力が電磁力よりも弱いのはなぜか？ 人間原理ではわかりません。 Image credit: U.S. DOE, NSF, CPEP and LBNL.
私たちがこの宇宙に存在し、自然の法則があるのは事実です。 人間が存在することで制約を受ける未知のものに目を向けることで、この宇宙について何かを学ぶことができます。 その意味で、人間原理には科学的な価値があります。 しかし、人間性や観測者の関係など、後付けの議論をしていては、宇宙を理解する機会を失ってしまいます。 人間がここにいるという事実だけでは、宇宙がなぜこのような形をしていて、他の形をしていないのかはわかりません。
この情報の多くを、示唆に富む著書『A Fortunate Universe』（全世界で発売中）で明らかにしてくれたGeraint Lewis氏とLuke Barnes氏に感謝します。