私たちは『マトリックス』のようなコンピュータ・シミュレーションの中で生きているのだろうか?私が提案する物理学の新しい法則は、その考えを裏付けるものだ

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シミュレーション仮説とは、銀河、惑星、生命体のすべてを含む我々の宇宙は、綿密にプログラムされたコンピューター・シミュレーションであるというものだ。このシナリオでは、我々の現実を支配している物理法則は単なるアルゴリズムである。私たちが経験することは、非常に高度なシステムの計算プロセスによって生み出されたものなのだ。

本来は推測の域を出ないが、シミュレーション仮説は、その興味深い意味合いから科学者や哲学者の注目を集めている。この考え方は、1999年の映画『マトリックス』をはじめ、映画、テレビ番組、書籍などの大衆文化にも浸透している。

現実は幻想であるという概念の最も古い記録は、古代ギリシャにある。そこでは、プラトン(紀元前427年)らによって提起された「我々の現実の本質とは何か」という問いが、観念論を生み出した。プラトンのような観念論的な古代の思想家たちは、心と精神こそが変わらぬ現実であると考えた。物質とは単なる現われ、幻想に過ぎないと彼らは主張した。

そして現代、観念論は新たな哲学へと変貌を遂げた。これは、物質世界も意識もシミュレーションされた現実の一部であるという考え方である。これは単に理想主義の現代的な拡張であり、近年のコンピューティングやデジタル技術の進歩に後押しされたものである。どちらの場合も、現実の真の姿は物理的なものを超越している。

科学界では、シミュレートされた宇宙という概念は、魅力的でもあり懐疑的でもある。科学者の中には、もし我々の現実がシミュレーションであるならば、宇宙の構造にはシミュレーションであることを裏切るような不具合やパターンが存在するのではないかと指摘する者もいる。

しかし、そのような異常の探索は依然として難題である。物理法則の理解はまだ発展途上である。結局のところ、シミュレーションされた現実とそうでない現実を区別する決定的な枠組みがないのだ。

物理学の新たな法則

もし私たちの物理的現実が、観察者とは無関係に存在する客観的世界ではなく、シミュレートされた構築物だとしたら、それを科学的に証明するにはどうすればいいのだろうか?2022年の研究で、私は可能性のある実験を提案した。だが現在まだテストされていない。

しかし、希望はある。情報理論とは、情報の定量化、保存、伝達に関する数学的研究である。もともとは数学者のClaude Shannonによって開発されたものだが、物理学の分野でも人気が高まり、研究分野での利用が拡大している。

AIP Advances』誌に掲載された私の最近の研究では、情報理論を使って、情報力学の第二法則と呼ぶ物理学の新しい法則を提案した。そして重要なことに、この法則は模擬宇宙理論を支持しているように見える。

情報力学の第二法則の核心は、エントロピーの概念である。エントロピーとは、孤立した系において時間とともに常に上昇する無秩序の尺度である。熱いコーヒーカップをテーブルの上に置いておくと、しばらくして平衡状態になり、環境と同じ温度になる。このとき系のエントロピーは最大となり、エネルギーは最小となる。

情報力学の第二法則は、「情報エントロピー」(ある事象によって伝達される情報の平均量)は、時間の経過とともに一定に保たれるか、あるいは減少しなければならないと述べている。

つまり、熱力学の第二法則(エントロピーが上昇する一方で、熱は常に物質の熱い領域から冷たい領域へと自然に流れる)とはまったく反対のものなのだ。冷めたコーヒーカップの場合、液体中の分子を見つける確率の広がりが小さくなることを意味する。それは、熱平衡になると、利用可能なエネルギーの広がりが小さくなるからである。つまり、情報エントロピーは、エントロピーが増加するにつれて、常に減少するのである。

私の研究によれば、情報力学の第二法則は宇宙論的に必然であるようだ。この法則は普遍的に適用でき、科学的に計り知れない影響を与える。私たちは、宇宙が熱を失うことも得ることもなく膨張していることを知っている。しかし、エントロピーが常に上昇していることも熱力学からわかっている。このことは、もう一つのエントロピー、すなわち情報エントロピーが、その増大と釣り合うように存在しなければならないことを示している、と私は主張する。

私の法則は、遺伝情報がどのように振る舞うかを確認することができる。しかしそれはまた、遺伝子の突然変異が、ダーウィンの理論が示唆するような単なるランダムな出来事ではないことを、最も基本的なレベルで示している。むしろ遺伝子の突然変異は、情報力学の第二法則に従って、ゲノムの情報エントロピーが常に最小になるように起こるのである。この法則は、原子物理学やデジタルデータの時間発展における現象も説明することができる。

最も興味深いのは、この新しい法則が自然界の大きな謎のひとつを説明していることである。なぜ非対称性ではなく対称性が宇宙を支配しているのか?私の研究は、対称性の高い状態が好まれることを数学的に証明している。そして、情報力学の第二法則が指示するように、システムは自然にそれを目指すようになる。

私は、この発見が遺伝子研究、進化生物学、遺伝子治療、物理学、数学、宇宙論などに大きな影響を与えると信じている。

シミュレーション仮説

情報力学の第二法則の主な帰結は、宇宙のあらゆる事象やプロセスに関連する情報量を最小化することである。これは、情報量の最適化、つまり最も効果的なデータ圧縮を意味する。

情報力学の第二法則は宇宙論的必然であり、どこでも同じように適用されるように見えるので、これは宇宙全体がシミュレートされた構築物、あるいは巨大なコンピューターであることを示していると結論づけることができる。

我々のような超複雑な宇宙がシミュレーションであるならば、シミュレーションを実行するための計算能力とデータ保存の必要性を減らすために、データの最適化と圧縮が組み込まれる必要がある。デジタルデータ、生物学的システム、数学的対称性、そして宇宙全体を含め、私たちの身の回りで観察されていることは、まさにこれなのだ。

情報力学の第二法則が、熱力学の第2法則と同じくらい基本的な法則であると断言するには、さらなる研究が必要である。シミュレーション仮説についても同様である。

しかし、もし両者が精査に耐えうるものであれば、私の最近の本で検討したように、おそらくこの理論を支持する科学的証拠が初めて生み出されたことになる。


本記事は、Melvin M. Vopson氏によって執筆され、The Conversationに掲載された記事「Do we live in a computer simulation like in The Matrix? My proposed new law of physics backs up the idea」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。

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