数学に魅せられて、科学を見失う――物理学と「美しさ」の罠

ザビーネ・ホッセンフェルダー / 吉田三知世

物理学の基盤的領域では30年以上も、既存の理論を超えようとして失敗し続けてきたと著者は言う。実験で検証されないまま理論が乱立する時代が、すでに長きに渡っている。それら理論の正当性の拠り所とされてきたのは、数学的な「美しさ」や「自然さ」だが、なぜ多くの物理学者がこうした基準を信奉するのか？ 革新的な理論の美が、前世紀に成功をもたらした美の延長上にあると考える根拠はどこにあるのか？ そして、超対称性、余剰次元の物理、暗黒物質の粒子、多宇宙……等々も、その信念がはらむ錯覚の産物だとしたら？研究者たち自身の語りを通じて浮かび上がるのは、究極のフロンティアに進撃を続けるイメージとは異なり、空振り続きの実験結果に戸惑い、理論の足場の不確かさと苦闘する物理学の姿である。「誰もバラ色の人生なんて約束しませんでしたよ。これはリスクのある仕事なのです」（ニマ・アルカニ=ハメド）、「気がかりになりはじめましたよ、確かに。たやすいことだろうなんて思ったことは一度もありませんが」（フランク・ウィルチェック）著者の提案する処方箋は、前提となっている部分を見つめ直すこと、あくまで観測事実に導かれること、それに、狭く閉じた産業の体になりつつあるこの分野の風通しをよくすることだ。しかし、争点はいまだその手前にある。物理学は「数学の美しさのなかで道を見失って」いるのだろうか？ 本書が探針を投じる。

• カテゴリ: ビジネス・実用
• ジャンル: 学術・語学 / 理工
• 出版社: みすず書房
• ページ数: 352ページ
• 電子版発売日: 2021年04月09日
• コンテンツ形式: EPUB
• サイズ(目安): 7MB

[ブクログ · ★★★★★]

随分昔に「ストリング理論は科学か」という本を読みました。本書のテーマはこれと同じです。実験で検証できない物理学は科学ではないということです。一般相対性理論を構築したアインシュタイン、相対論的な量子力学を記述する方程式を考案したディラックは、物理学における数学的な美の重要性を強調しました。物理学は自然法則を解明する学問です。ある理論が正しいのか間違っているのかを判断するには実験するしかありません。しかし、現在の素粒子論で主流となっている超弦理論は実験による検証ができない学問です。実験による検証の代わりに使われているのが、数学的に美しいか否かという基準です。アインシュタインやディラックの時代はそれで成功したけれど、これからもそれで成功する根拠はありません。自然は「数学的な美」を選択するという考えは研究者の願望に過ぎません。というお話です。現在の一流の超弦理論研究者はこの本を読んでどんな感想を持つんだろうか。まあ読まないよね。これから理論物理を志すひとは物性や量子コンピュータのような実験で検証できる分野をおすすめします。

[ブクログ · ★★★★☆]

【自由研究】超ひも理論シリーズ(第三弾)
超ひも理論の最大の弱点は「検証できない」ことだそうです。（検証するには太陽系ほどの装置が必要なのだとか…）
検証できないのに「美しく」「自然」だから認められる理論が多数ある異常さに著者は警鐘を鳴らします。
反証もあります。
楕円軌道のケプラーVS円運動のガリレオ、「ビッグバン」のルメートルVS「忌まわしい」アインシュタインの例。美しくないものが勝利したことはあったのです！

考えてみると「美しさ」は人間特有の主観なのですね。(猫にＥ＝ｍｃ²という式を見せても無視されるように…)
しかし現在の物理学界は、高度になるほど検証が不可能で、理論構築のみが先行し、美しい＝正しい説がはびこっているのだそうです。
そのジレンマに途中、著者大丈夫か？と思う場面は何度かありましたが、検証こそ物理学者の矜持というのは随所に感じました。

数学は理論の袋小路に陥り、物理学は死んだのでしょうか？今後AIや新たな技術革新で検証能力が向上するのでしょうか？
著者は最後に力強く宣言します。「物理学の次のブレイクスルーは、今世紀に起こるだろう」と。そして「それは美しいだろう」と。やっぱり美しいんかい！
＊＊＊
アインシュタインの相対性理論がブラックホールを予言したように、超ひも理論はマルチバースやホログラフィー理論を予言しています。
超ひも理論が正しいかどうかはさておき、個人的にはとても楽しい理論と感じています。(ほとんど理解できてませんが…)
世界中の学者さんが研究する次の理論が表れるのを楽しみに待ちたいと思います。
(追記)
再読記録あります。→

[ブクログ · ★★★★☆]

筆者が物理学の現状に疑義を感じ、いろんな人にインタビューしながら科学とはなんぞやと考えていく話。

「本書は、美意識に頼った判断がいかに現代の物理学の研究を推し進めているかという物語だ」と序文にある通り、いろいろな人が理論の優劣を考えるとき美しいかどうかを気にしてて、けして客観的でない”美”意識に客観的であれと考えている科学者の多くが惹かれている様が、時々挟まるとても皮肉が利いた文章で紹介されててとても面白い。基本的には実験の結果検証をすることで理論を洗練させてきたのだけれど、近年は実験するにも金も手間も時間もかかるモノばかりになり新たに生まれた理論全てを検証することなど実質的に不可能な状況なので事前に選別する何らかの手段が必要だって話もあり、かつてはそれがうまく機能してたが今はそうでもない話がありと、科学の現状と将来について期待と不安を感じる内容だった。

個人的にはところどころ「経済学批判かな？」と思える話を見かけて物理学も最先端の（検証が難しい）話になると同じようなことになってるのだなと思ったりしたのだけれど、後半に剛速球の経済学批判が入ってて大爆笑してたｗ

[ブクログ · ★★★☆☆]

理論と実験は相互に進展していく。理論の高度化により，実験も高度化を余儀なくされたことで，理論を検証するためのデータが得られにくくなったのが現代物理学。データが得られない時に理論物理学者は理論の美を尤もらしさの基準とするようになってきたが，それは科学の方法としてどうなの？という問題提起をしているのがこの本。


*****
　物理学の分野では，理論は数学でできている。私たちは何も，微分幾何学や次数付きリー代数を知らない人を怖がらせて遠ざけるために数学を使っているのではない。私たちは，愚かだから数学を使っているのだ。数学を使っていれば，私たちは正直でいられるーー数学は，私たちは，自分自身や他の研究者に嘘をつくのを防いでくれる。数学で間違うことはあり得ても，数学で嘘をつくことはできない。
　理論物理学者としての私たちの任務は，既存の観測結果を記述するため，あるいは，実験の計画の指針となる予測を得るための数学を構築することだ。理論の構築に数学を使うことで，論理的な厳密さと内部一貫性を強化することができる。要するに数学は，理論の曖昧さをなくし，結果を再現可能にするのである。(pp.10-11)

物理学では，理論はほとんどつねに，アイデアを寄せ集めてゆるく縫い合わせただけのパッチワークのようなものとして始まる。理論を構築しようとして物理学者が作り出したぐちゃぐちゃしたものを整理し，その理論全体を導出できるようなすっきり整った一連の仮説を見つける仕事は，数理物理学を専門とする仲間に委ねられることが多い。数理物理学は，物理学の一分野というよりも数学の一分野である。(p.11)

　論理的一貫性はどんな科学理論にもつねに必須だが，すべての科学分野が数学的モデルを使うのに適しているわけではない。数学ほど厳密な言語を使っても，データがその厳密さに見合わないなら意味がない。そして，物理学は，あらゆる科学分野のなかで最も単純な系を対象としているため，数学的モデルを使うのに理想的なのである。
　物理学では，研究の対象は再現性が高い。実験系の条件や環境を制御する方法や，精度を損なうことなく無視できる効果はどれであるかが，物理学では比較的よくわかっている。たとえば，心理学実験における結果を再現するのは難しい。なぜなら，この世に同じ人間が二人存在することはないし，人間の持っている奇妙な性質の数々のうち，どれがその実験に関係しているのかがわかっていることなどめったにないからだ。しかし，そのような問題は物理学にはない。ヘリウム原子は空腹になったりしないし，曜日による機嫌の良し悪しもない。(p.13)

手ほどきを受けたことのない人には，たくさん並ぶ方程式は近づき難く見えるかもしれない。だが方程式の扱いは，教育と習慣の問題だ。(p.13)

　だが，学んだこともある。それは，科学的な理論は反証可能でなければならないというカール•ポパーの説は，とうの昔に時代遅れになっていたということだ。これはわたしにはうれしい知らせだ。というのもこの哲学の説は，レトリックの手立てとして以外には科学の分野の誰によっても一度たりとも使われたとは思えなかったからだ。どんな説でも，新たに登場する証拠に合うように修正したり拡張することは可能なので，ある説を反証することはめったにできない。そのため，理論を反証するのではなく，私たちは理論を「納得し難くする」。つまり，こういうことだ。繰り返し修正された理論は，ますます難解にーー醜くとは言わないまでもーーなり，ついには科学者たちが興味を失ってしまう。だが，ある説が納得し難くなるのにどれくらいかかるのかは，ひとつの理論を，相容れない証拠に適合するように繰り返し修正することに対する，その人の許容度がどれだけかに依存する。(p.52)

[ブクログ · ★★★☆☆]

美という基準の在り方について、懊悩している様子を読まされる。厳格さのイメージがあった物理学だけど、実情はそういうわけでもないみたい。