もう一つの世界
パラレルワールドという言葉からは、我々とほとんど同じ人間が別の地球で異なる人生を送っている世界が想像されがちである。しかし、現在の物理学で論じられているパラレルワールドは、一つの確立した理論を指す言葉ではない。量子力学の多世界解釈、宇宙論の永遠のインフレーション、超弦理論のランドスケープ、さらには哲学的な可能世界など、性質の異なる複数の考え方がパラレルワールドという言葉の下にまとめられている。したがって重要なのは、別世界が存在するかという一問に答えようとすることではなく、どの理論が、どの意味で複数の世界を必要としているのかを区別することである。
量子力学の多世界解釈
1.エヴェレットが提示した革命的発想
科学的なパラレルワールド論として最も有名なのが、1957年にヒュー・エヴェレット3世が提唱した量子力学の多世界解釈である。量子力学では、電子などの量子的対象は観測されるまでは複数の状態が重なった、重ね合わせとして記述される。伝統的なコペンハーゲン解釈では、観測すると波動関数が収縮し、一つの結果だけが現実になると考える。これに対してエヴェレットは、そもそも波動関数は収縮しないと考えた。量子力学の方程式をそのまま宇宙全体に適用すればよいという発想である。その場合、観測によって一つの結果だけが選択されるのではなく、異なる結果を経験する観測者を含む状態がそれぞれ存在することになる。現代的な多世界解釈では、これをデコヒーレンスによって互いに干渉しにくくなった枝として理解することが多い。例えば量子的な出来事にAとBという二つの可能性があれば、Aが起こった世界とBが起こった世界が量子的状態の異なる枝として存在することになる。我々はその一方しか経験できない。この意味では、パラレルワールドとは宇宙のどこか遠方に存在する別の惑星ではない。同じ宇宙の量子状態の中に、互いに事実上独立した複数の世界が存在するという考えである。
2.世界はいつ分岐するのか
世間一般への説明では人間が選択するたびに世界が分裂すると語られるが、これは正確ではない。人間の意思決定そのものが世界を特別に分岐させる訳ではない。量子的相互作用は宇宙のあらゆる場所で絶えず起こっている。したがって多世界解釈を文字通り受け取れば、世界の枝分かれは人間の選択とは無関係に、星の内部でも、生物の細胞でも、大気中でも絶えず生じていることになる。したがって昨日違う道を選んでいた自分が別世界にいるというSF的表現は、多世界解釈そのものではない。ただし、その選択に至る物理過程が量子的な違いによって異なる巨視的結果へ発展したならば、結果として異なる歴史を持つ枝を考えることはできる。
3.デコヒーレンス
多世界解釈を現代的に理解する上で重要なのが量子デコヒーレンスである。量子的状態は周囲の環境と絶えず相互作用している。その結果、異なる量子的可能性の間の干渉を巨視的な世界で観測することが極端に困難になる。机や人間や惑星のような巨大な物体が、日常生活では量子的重ね合わせとして見えない理由の重要な部分がここにある。多世界的な言葉を使えば、世界は単純にナイフで切ったように二つに割れるというより、宇宙の波動関数の中に、互いに干渉しなくなった多数の準古典的な枝が形成されると考えた方がよい。しかも、一度十分にデコヒーレンスした巨視的な枝同士を再び干渉させることは事実上途方もなく困難である。そのため、仮に別の自分が別の枝に存在するとしても、電話をかけたり宇宙船で訪問したりできるような意味での別世界ではない。
宇宙論のマルチバース
1.永遠のインフレーション
量子力学の多世界解釈とは別に、宇宙論から生まれたマルチバース論がある。初期宇宙ではインフレーションと呼ばれる猛烈な空間膨張が起きたとする理論が有力である。一部のモデルでは、インフレーションは宇宙全体で一斉に終了するとは限らない。ある領域では終了して通常の宇宙が生まれる一方、別の領域では膨張が続く。これが永遠に繰り返されるならば、巨大なインフレーション背景の中から泡宇宙が次々と形成される可能性がある。我々の観測可能な宇宙も、その一つにすぎないかもしれない。これは多世界解釈とはまったく違う意味のパラレルワールドである。量子的な歴史の分岐ではなく、宇宙空間が因果的に隔絶された多数の領域を生み出すという考えだからである。
2.超弦理論のランドスケープ
更に大胆なのが、超弦理論と結びついたランドスケープの考え方である。超弦理論では、余剰次元の形状や場の状態などによって、非常に多数の異なる真空状態が可能になると考えられている。それぞれの真空では、低エネルギーで現れる粒子や力、定数などが異なり得る。これを永遠のインフレーションと組み合わせると、異なる泡宇宙が異なる真空状態を実現し、物理法則の見え方が異なる宇宙が多数存在するという壮大なマルチバース像が現れる。最も、ランドスケープとマルチバースによる説明には技術的・概念的な論争が残っている。この発想はなぜ我々の宇宙の物理定数はこの値なのかという問題とも関係する。もし宇宙が一つしかなければ、なぜ生命を許すような物理定数になっているのかという問いが生じる。しかし無数の宇宙があり、それぞれ物理定数が違うならば、生命が誕生できる宇宙に観測者が存在するのは当然だという人間原理による説明が可能になる。
3.遠く離れた同じ宇宙
もっと単純な可能性もある。宇宙が空間的に無限であり、物質の配置として可能な状態の数が有限であるならば、十分遠く離れた場所では同じような物質配置が繰り返される可能性がある。この場合には、我々の観測可能な宇宙のはるか彼方に、地球によく似た惑星、我々と極めて似た歴史を持つ領域が存在する可能性まで議論できる。しかしこれは別宇宙というより、同一宇宙の観測不可能なほど遠方の領域である。また、宇宙が本当に空間的に無限なのか、状態の数をどのように数えるべきかなどに依存するため、どこかに必ず自分のコピーがいると科学的に確認された訳ではない。
4.ブラックホールと別宇宙
更に仮説的な領域は、ブラックホール内部から新しい宇宙が誕生する可能性も論じられてきた。一般相対性理論ではブラックホール内部に特異点が現れるが、量子重力理論が完成すれば特異点が解消され、その先に別の時空領域が存在する可能性も否定できない。一部の宇宙論では、ブラックホールが子宇宙を生み、その宇宙が更にブラックホールを形成するという宇宙の世代交代まで考えられている。しかし、この分野は多世界解釈や通常のインフレーション理論以上に仮説的であり、現在の観測によって確認されたものではない。
パラレルワールドへ行くことはできるか
SFではワームホールを利用して別世界へ移動する物語が描かれる。しかし、現在の物理学にはパラレルワールド間を人間が移動できることを示す確立した理論も実験結果も存在しない。特に多世界解釈における別世界は、通常の空間のどこかに存在する場所ではない。そのため宇宙船を高速化すれば到達できるというものではない。泡宇宙についても同様である。別の泡宇宙が存在するとしても、宇宙膨張や因果構造によって原理的に到達不能である。したがって、パラレルワールドが理論的に存在し得るという命題と、そこへ行けるという命題は完全に分けなければならない。
これは科学なのか
パラレルワールド論に対する最大の批判は観測できないものを科学と呼べるのかという問題である。科学理論は通常、観測や実験によって反証可能であることが重要とされる。ところが、他の宇宙が原理的に我々と相互作用できないのであれば、その存在を直接確認することは極めて難しい。多世界解釈についても事情は複雑である。これは通常の量子力学とは異なる実験結果を容易に予言する追加理論というより、量子力学の数学を世界は一つしかないと仮定せず解釈する立場だからである。現在も確率の意味、世界をどう定義するか、他の量子解釈と実験的に区別できるのかなどが議論されている。一方、量子力学には多世界解釈以外にも、コペンハーゲン系の解釈、ボーム力学、客観的収縮理論、関係的量子力学など多様な立場が存在する。例えば関係的量子力学は、多数のアクセス不能な世界を仮定する代わりに、物理的状態は他の物理系との関係において成立すると考える。したがって、量子力学が正しいからパラレルワールドも実在すると結論することはできないのである。
別の自分は本当に存在するのか
パラレルワールドという問題が人々を魅了する最大の理由は、宇宙論そのものより別の人生を歩んでいる自分が存在する可能性にある。多世界解釈を強く実在論的に受け取れば、量子的な出来事によって異なる歴史を持つ枝が形成され、その中に現在の自分と共通の過去を持つ観測者が存在するという描像は可能である。しかし、私がそのすべてに存在していると言ってよいのかは物理学だけでは解決できない。分岐以前には一人だった人物から二つの後継者が生じたとき、その二人は同じ私なのか。それとも過去を共有する二人の別人なのか。ここから問題は量子力学から人格同一性、意識、自由意志という哲学へ移っていく。パラレルワールド論の最も深い部分は、実は宇宙はいくつあるのかという問いだけではなく、私は何者なのかという問いなのである。
すべてのマルチバースは同一か
興味深いのは、本来別々に生まれた複数のマルチバース論が、究極理論では結びつく可能性があることである。量子力学の多世界解釈では量子的可能性が枝分かれする。永遠のインフレーションでは時空領域が増殖する。超弦理論のランドスケープでは異なる物理的真空が存在する。これらは別々の概念である。しかし量子力学を宇宙全体に適用し、その宇宙の中で永遠のインフレーションが起こり、更に異なる領域が異なる真空状態へ移行すると考えるならば、三つの概念が巨大な一つの理論構造の異なる側面になる可能性もある。そこでは一つの宇宙があり、一つの歴史が進行するという古典的世界像が崩れる。
現在段階で慎重に言えること
現在の科学からパラレルワールドは存在すると断定することはできない。しかし同時に、それを単なるSFとして退けることも正確ではない。特に量子力学の多世界解釈は、量子論の測定問題をめぐる真剣な解釈の一つとして現在も研究されている。永遠のインフレーションから生じるマルチバースや、超弦理論のランドスケープも現代理論物理学の研究対象である。ただし、それぞれ理論的根拠の強さも観測可能性も異なり、パラレルワールドという一語で同列に扱うべきではない。そして最も興味深い点は、現代物理学が少しずつ我々が観測している宇宙＝存在するものすべてという素朴な前提から離れつつあることである。かつて人類は地球が世界の中心だと考えた。次に地球は太陽を回る一惑星となり、太陽も銀河系にある数千億個の恒星の一つとなり、銀河系も無数の銀河の一つとなった。そして現代宇宙論が突きつけている究極の可能性は、我々が宇宙と呼んでいるものさえ、より巨大な実在の中の一つにすぎないのではないかという問いである。パラレルワールド論の本当の意味は、別の自分がいるかもしれないという奇想ではない。それは、人類が長く当然視してきた現実は一つであるという前提が、本当に物理学によって保証されているのかを問い直す思想なのである。