宇宙の微調整とデザイン推論
物理学の基本定数は、生命、物質、化学が存在するために必要な、途方もなく精密な値に調整されています。物理学者はこれを「微調整」と呼びます。問題は、それを説明するのは何か、ということです。
データ
物理学者は、生命を許容する宇宙が存在するためには極めて狭い範囲に収まっていなければならない基本定数と初期条件を、数十個も特定してきました。中でも特に多く論じられている四つを挙げます。
- 1宇宙定数（Λ）。これは宇宙の加速膨張を駆動しています。もしこれがはるかに大きく、かつ正であったなら、銀河が形成されるより前に膨張が物質を引き裂いていたでしょう。無視できないほど負であったなら、宇宙は再収縮していたはずです。観測値は、場の量子論が素朴に予測するスケールより、およそ 10120 分の 1 の大きさしかありません。
- 2宇宙の初期エントロピー。これはどの定数とも別の問題です。法則の中のパラメータについての問いではなく、初期状態についての問いだからです。ロジャー・ペンローズは、宇宙がこれほど秩序ある状態で始まるためには、初期条件がおよそ 1010123 分の 1 という精度で選ばれていなければならなかったと論じました。これは、観測可能な宇宙のすべての粒子に数字を一つずつ書いていっても書き切れないほど大きな数です。
- 3強い核力。その強さが、最も単純な原子核がそもそも結びついていられるかどうかを決めます。数パーセント強ければ、二重陽子（中性子を伴わない二個の陽子）が束縛状態になり、水素はあまりにも容易に核融合してしまうため、長寿命の星を支えているゆっくりとした安定した水素燃焼は起こりません。同じ程度に弱ければ、重水素が束縛されなくなり、陽子・陽子連鎖反応のまさに最初の一歩が成り立たなくなります。そのため星は水素を融合できず、より重い元素も決して作られないことになります。
- 4ホイル共鳴。炭素は星の中でトリプルアルファ反応によって生成されますが、これは炭素 12 における特定のエネルギー準位に依存しています。フレッド・ホイルは、その準位が測定される前にそれを予言しました。ホイルは有神論者ではなく、最後まで有神論者になることもありませんでした。彼が支持したのは非有神論的な宇宙的知性であり、のちにはパンスペルミア説でした。だからこそ、彼の反応は退けるのではなく引用するに値するのです。彼は、その精密さは「仕組まれた仕事」のように見え、まるで「超知性が物理学に細工をした」かのようだと述べました。
先へ進む前に一つ注意しておきます。これらの数値にどれだけの重みを置けるかにかかわることだからです。上に挙げた数値はいずれも、「この一つの量だけを動かし、ほかのすべてを固定したら何が起こるか」という問いに答えたものです。これは、パラメータ空間全体のうちどれだけが生命を許容するのかを問うこととは同じではありません。複数の定数をいっしょに変化させると、生命を許容する領域は、ただ一つの剃刀の刃ではなく、もっと広いものだったり、奇妙な形をしたものだったりすることがありえます。下の動画の例を検証した宇宙論学者ルーク・バーンズは、まさにこの点について書いています。この主張の誠実な形はこうです。生命を許容する宇宙は、私たちが記述する術を知っている空間のうち、ごく小さな割合しか占めていないように見える。これは十分に驚くべきことであり、そして「一つのダイヤルの一つの目盛り」よりは弱い主張です。
Reasonable Faithによるこの 6 分間のアニメーションは、その微調整の例を宇宙論学者ルーク・バーンズが正確さの点で検証したもので、上で見た証拠の多くを順にたどります。重力定数（1060 目盛りのダイヤルとして描かれます）、宇宙定数、そしてペンローズのエントロピー条件です。続いて、次のセクションで形式化される必然性・偶然・デザインのトリレンマを提示し、多宇宙を批判します。このレッスンがボルツマン脳の反論として扱う「秩序の小さな断片」の問題も、そこに含まれます。そして、次の一文で締めくくられます。
「私たちの宇宙が物理的で相互作用する生命を許容しているのは、ひとえに、これらの数値やほかの多くの数値が、それぞれ独立に、そして絶妙に、剃刀の刃の上でつり合わされているからである。」
これは動画自身のナレーションであり、ホイルからの引用ではありません。ホイルの「超知性」の言葉は、上の 4 番で引用したものです。
The Fine-Tuning of the Universe · Reasonable Faith (drcraigvideos) · YouTube で視聴する · reasonablefaith.org/finetuning · この動画は英語です。YouTube の字幕ボタンから日本語字幕を表示できます。
論証の形式
この論証には二通りの立て方があり、それは同じ論証ではありません。両方を見ておく価値があります。よく知られている形のほうが、慎重な形よりも多くを主張しているからです。
比較版。哲学者ロビン・コリンズは、尤度原理を用いて微調整論証を定式化しています。証拠 E は、H2 のもとでよりも H1 のもとでのほうが E の確率が高いなら、H2 よりも H1 を支持する、というものです。コリンズは、生命を許容する宇宙は、偶然のもとでよりもデザインのもとでのほうがはるかに確率が高いと論じ、したがって証拠はデザインを支持すると主張します。この論証が何を与え、何を与えないかに注意してください。これは証拠がどちらの方向を指しているかについての主張であって、どこに行き着くかの証明ではありません。結論に到達するには、なお仮説そのものについての事前確率が必要です。デザインはとんでもなくありえないことだと確信して出発する人は、この尤度の主張をまるごと受け入れながら、なお納得しないままでいることができます。それは論証の欠陥ではありません。比較的な論証とはそういうものなのです。
トリレンマ版。よく知られている形は選言的三段論法です。選択肢を列挙し、一つを除いてすべてを排除します。
- P1宇宙の微調整は、物理的必然性、偶然、デザインのいずれかによる。
- P2物理的必然性によるのではない（これらの値を要求する既知の法則はない）。
- P3偶然によるのではない（確率は大きくそれに反しているように見える）。
- ∴したがって、微調整はデザインによって最もよく説明される。
この形は読むには明快ですが、擁護するのはより難しくなります。選言的三段論法は、その前提が証拠に支持されているだけでは足りず、真であることを必要とするからです。そのうち二つには異論がありえますし、誠実に読むならそう言わなければなりません。
P2 は、私たちがまだ知らないことにもとづく論証です。「これらの値を要求する既知の法則はない」というのは、物理学の現在の状態についての言明であって、物理学そのものについての言明ではありません。将来の理論は、これらの定数の一部を自由な入力として受け取るのではなく、導出してしまうかもしれません。実際にそうなると予想する物理学者もいます。この前提は正しいのかもしれません。しかし、確立されてはいないのです。
P3 は、ありえなさを測る方法を必要としますが、それは本当に未解決です。ある値がありえないと言うには、可能な値の上に確率分布が必要です。可能な範囲に上限も下限もない場合、分布を一つに定める明白な方法は存在せず、どれも合理的に見える異なる選び方が、まったく異なる答えを与えることがあります。答えがまるで出ないこともあります。これは測度問題として知られており、微調整の文献に残された最も深刻な未解決の難点です。これは論証が間違っていることを示すものではありません。しかし、自信に満ちた数値には、大見出しではなく脚注がふさわしいということを意味します。
オックスフォードの数学者で哲学者のジョン・レノックスが論じてきたように、宇宙の理解可能性、すなわち宇宙が優雅な数学的法則によって記述できるという事実そのものが、説明を必要とします。科学は宇宙がどのように働くかを記述できますが、宇宙がなぜそもそも理解可能なのかを説明することはできません。レノックスは、自然の合理的な理解可能性こそ、その背後に理性的な精神があるならばまさに予想されることだと主張します。
ジョン・レノックスはこう書いています。「私たちの宇宙について知れば知るほど、創造主が存在するという仮説は、私たちがなぜここにいるのかについての最良の説明として、ますます信憑性を増していく。」レノックスにとって、科学は神と競合するものではありません。科学は、デザインする知性の指紋を明らかにするものなのです。johnlennox.org
多宇宙による反論
微調整に対する最もよくある懐疑的な応答は、多宇宙仮説です。定数の値が異なる宇宙が途方もなく多く存在し、私たちは必然的に、生命を許容する宇宙の一つに自分たちを見いだすのだ、というものです。
この応答にはいくつかの問題があります。
- 1直接の経験的証拠がない。現時点で、他の宇宙の存在を確認する観測も実験もありません。多宇宙モデルの中には、この論証に答えるために考案されたのではなく、インフレーション宇宙論や超弦理論から自然に出てくるものもあります。これはそれらのモデルにとって有利な点です。しかし、いずれも未確認のままです。
- 2問題を先送りするだけ。多宇宙を生成するいかなる機構も、そもそも宇宙を生み出すためには、それ自体が特定の法則、初期条件、パラメータを必要とします。
- 3倹約性。一つのデザインする知性を避けるために、観測不可能な宇宙を膨大な数だけ持ち出すことは、少なくとも、より単純な選択肢ではありません。
- 4ボルツマン脳の問題。ある種の永久インフレーション模型では、偽の記憶を持ちランダムに組み上がった観測者の数が、通常の経路で生じた観測者の数を圧倒的に上回ることになります。そのため、それらの特定の模型は自己を掘り崩しているように見えます。もしその模型が真なら、あなた自身の経験は、宇宙論について推論しているというこの経験も含めて、ほぼ確実にゆらぎだということになり、その模型を肯定するための安定した足場がどこにも残らないからです。この反論の形を注意深く見てください。これは特定の模型にとっての難点であって、あらゆる多宇宙への反駁ではありません。また、ときおり耳にする短い形、すなわち「私たちは自分がボルツマン脳であると予想すべきなのに、そうではない」という言い方は論点先取です。ボルツマン脳であれば、まさに自分はボルツマン脳ではないという印象を持つはずだからです。
さらに知っておくべき三つの反論
注目を集める応答は多宇宙ですが、それが最も強い応答というわけではありません。そして、自分に都合のよい光のもとでしか知らない論証は、本当に知っているとは言えません。
- 1観測者選択効果。私たちが、観測者を許さない宇宙の中に自分を見いだすことは、そもそもありえません。ですから、生命を許容する値を私たちが観測しているという事実は、それを説明するものが何であろうと保証されており、したがってそれは何の証拠にもなりえないと論じる哲学者もいます。通常の応答は二つの問いを区別します。私たちがなぜこれらの値を観測するのか（選択効果はこれに答えます）と、そもそもいずれかの宇宙がなぜこれらの値を持つのか（選択効果はこれには答えません）です。しかしこの反論は本格的なものであり、本当の議論はまさにこの区別の上で起こります。
- 2単一標本問題。私たちが見ることのできる宇宙は、ちょうど一つだけです。ふつう、ある結果をありえないと呼ぶことは、それをある程度見通しの立つ結果の範囲と比べることを意味します。標本が一つしかなく、その範囲にも手が届かないとき、その確率の主張はいったい何についての主張なのかと問うのは正当です。
- 3定数は自由でないかもしれない。この論証は、これらの値がほかでもありえたことを前提しています。もしより深い理論が、そのうちのいくつかを必然的に定めてしまうことが判明すれば、それらの定数については、偶然によってもデザインによっても説明すべきことは何もありません。単に、ほかでありえなかったというだけです。これが P2 の背後にある現実的な可能性であり、P2 こそ目を離せない前提である理由です。
これらのどれも、微調整のデータを解消してしまうものではありません。これらが果たすのは、誠実な基準を定めることです。この論証は本物であり、批判者との接触に耐え、そして証明を与えるものではない、という基準です。上級の扱いであるなら、読み終えたときに、それぞれの反論を、その反論を突きつけてくる批判者と同じくらい上手に述べられるようになっているべきです。
上級のレッスンであれば、要約を信用して済ませるのではなく、一次文献にあたって自分で確認できるべきです。上の議論の出典は次のとおりです。
- ロビン・コリンズ「The Teleological Argument: An Exploration of the Fine-Tuning of the Universe」（『The Blackwell Companion to Natural Theology』、2009 年所収）。尤度版を一冊分の長さで慎重に述べたもので、測度問題の扱いも含まれます。
- ロジャー・ペンローズ『The Emperor's New Mind』（1989 年）。1010123 というエントロピーの見積もりが示されているのはこの本です。より充実した扱いは『The Road to Reality』（2004 年）にあります。
- ルーク・バーンズ「The Fine-Tuning of the Universe for Intelligent Life」（『Publications of the Astronomical Society of Australia』、2012 年）。標準的な技術的レビューであり、定数を一つずつではなく複数同時に変化させる点について特に慎重です。ジェレイント・ルイスとの共著『A Fortunate Universe』（2016 年）もあり、こちらは両方の立場を論じています。
バーンズを読む価値があるのは、まさに彼が微調整のデータを擁護しながら、そのデータがどの推論を許し、どの推論を許さないのかを鋭く見きわめているからです。
- 微調整を説明するために膨大な多宇宙を持ち出すことは、デザイナーを持ち出すことより倹約的でしょうか、それともそうでないでしょうか。どのような根拠でそう言えますか。
- ホイルは最後まで有神論者ではありませんでした。そのことは、炭素共鳴に対する彼の反応をより重要なものにするでしょうか、より重要でないものにするでしょうか、それともどちらでもないでしょうか。
- この論証の比較版は、トリレンマ版より少ないことしか主張しません。会話の中で擁護するなら、あなたはどちらを選びますか。それはなぜですか。
- 測度問題に合意された解決がないのなら、P3 はどれだけの重みを担えるでしょうか。この論証は比較版だけで生き延びられますか。
- レノックスは、科学と信仰は敵ではなく味方だと論じます。微調整はこの見方を支持するでしょうか。それはなぜですか。
- 微調整は漠然とした「デザイナー」を指し示すのでしょうか、それとも古典的有神論の神を特定して指し示すのでしょうか。どのような追加の論証が必要になるでしょうか。
微調整は、知的デザイン仮説をどのように支持するのでしょうか。
私たちの宇宙の定数と初期条件は、生命が要求する狭い範囲に収まっています。観測される宇宙定数は、場の量子論が素朴に予測するスケールより、およそ 10120 分の 1 の大きさしかありません。そしてペンローズは、初期エントロピーに要求される精度を 1010123 分の 1 と見積もりました。検討の対象となっている三つの説明、すなわち必然性、偶然、デザインのうち、この証拠が最も支持するのはデザインであり、それがこの論証が実際に支えている主張です。これは証明ではありません。P2 は物理学の現在の状態に依拠しており、P3 はまだ誰も合意していない測度を必要とし、観測者選択効果は素通りするのではなく答えなければなりません。その強さのままに受け止めるなら、微調整は本格的な論証であり、反論をきちんと述べたときに弱くなるのではなく、かえって強くなる論証です。一つだけ覚えておくなら、この非対称性を覚えておいてください。生命を許容する宇宙は、知的なデザイナーがいるならまさに予想されるものであり、デザイナーがいないならまったく予想されないものです。そしてそれが、この論証が問題を完全に決着させないままデザインを支持する理由なのです。微調整は、私たちが Why Believe で組み合わせようとしているインテリジェント・デザインと創造のパズルの、ほんの一片にすぎません。