このブログ投稿では、科学的実在論の議論の中でスティーブン・ホーキングのブラックホール理論に焦点を当て、科学理論が単なる説明を超えて現実の記述になり得るかどうかを検証します。
荘子の蝶の物語「胡蝶夢」では、蝶になった荘子は夢を見ているのか、それとも現実に存在しているのか区別がつかなくなっています。これは古典文学における興味深い思考実験です。クリストファー・ノーラン監督の映画「インセプション」も同様に「夢の中の夢」というテーマで展開され、韓国で約5.9万人の観客を動員するなど、絶大な人気を博しました。このように、私たちが見たり経験したりする経験が本当に現実なのかという問いは、哲学的リアリズムと呼ばれる哲学的議論の核心的なテーマであり、長きにわたり議論されてきました。科学の分野でも、科学的リアリズムをめぐる同様の議論が繰り広げられ、科学理論の本質と地位を徹底的に検証することに焦点を当てています。
今日、物理学、生物学、化学といった高度に発達した科学は、宇宙の誕生から原子内部に働く力に至るまで、人間の感覚で直接知覚できる範囲をはるかに超えた対象を研究しています。では、電子、DNA、ブラックホールなど、直接観察できない物体は本当に存在するのでしょうか？ここで注目すべき重要な点は、科学的実在論は、哲学全般で議論される普遍的実在論とは異なり、観察対象と知覚される存在が実際に存在することを既に所与の事実として前提としているということです。
理論物理学者スティーブン・ホーキングは、最近翻訳出版された自伝『わが小史』の中で、生前、自身の研究がノーベル賞を受賞する可能性は低いと述べている。これは、彼が身体的な障害を抱え、実験物理学に直接関わることができなかったこと、そして彼の主要な研究対象であるブラックホールと量子重力理論が、近い将来における実験的検証が困難な性質を持っているためである。ノーベル物理学賞は、原則として、実験によって検証・観測可能な業績にのみ授与される。本稿は、こうした批判的観点から、科学理論が、現象を説明するための巧妙に構築された道具に過ぎないのか、それとも現実の記述として理解できるのかを、ホーキングの理論を中心に考察する。科学者は、自分が蝶になる夢を見た荘子のように、ただ夢の中で飛んでいるだけなのか、それとも真理へと向かって歩んでいるのか。
科学的実在論は、科学によって研究される対象は実際に存在すると主張します。この立場によれば、科学理論は真実と虚偽を区別することを可能にし、その結果を生み出す原因は人間の心の外にある現実世界にあるとされます。言い換えれば、科学の目的は、世界のあり方について文字通り真実の説明を提供することです。実在論者がしばしば提示する中心的な議論は「奇跡の議論」です。奇跡の議論は次のような論理構造に従います。第一に、科学理論の発展により、過去には不可能だった多くの予測が可能になりました。第二に、この科学の成功は、観察された結果を事後的に説明するだけでは達成できません。第三に、もし科学理論が単なる説明ツールに過ぎないのであれば、このように正確な予測が繰り返される現象は奇跡とみなさなければなりません。しかし、あらゆる分野で奇跡が継続的に起こるという仮定は不合理です。第四に、したがって、科学理論は単なる説明ツールとしてではなく、現実の記述として理解されなければなりません。電子理論に基づく高集積半導体の製造や、DNAと細胞プロセスの理論に基づく新薬の開発など、その例は数多くあります。
対照的に、科学的非実在論は、科学理論は単に経験的に適切であると考える。非実在論者は奇跡論に対して独自の批判を提示し、自らの立場を支持する数多くの歴史的事例があると主張する。その代表例がフロギストン説である。かつて、燃焼過程はフロギストンと呼ばれる粒子の放出として理解されていた。燃焼対象物を秤に載せて点火すると、燃焼後に物体の重量が減少することが観察された。フロギストン説はこの現象を説明するために生まれた。しかし、今日ではフロギストン説は明らかに無効である。したがって、「フロギストン」という概念は存在せず、科学理論は現象を説明するための道具に過ぎないと、非実在論者は考える。同様に、光がエーテル媒質中を伝播するという理論はかつて支配的な地位を占め、波動粒子二重性の議論において有用な説明と直感を提供した。しかし、現在では太陽と地球の間にエーテルは存在しないことが科学的に確立された事実である。したがって、「エーテル」も存在しない。したがって、反実在論者の中核的な立場は、理論の高い説明力は必ずしもその真実性を保証するものではないというものです。反実在論者はまた、奇跡からの議論は帰結を肯定するという誤謬を犯していると指摘します。つまり、「pならばq」という命題が真であっても、「qならばp」という命題も真であるとは必ずしも帰結しないということです。帰納的推論は、観察された事例から一般的な命題を導き出す際に、この誤謬に陥りやすいのです。また、一部の反実在論者は、科学的言明は反証することしかできず、最終的に真であると確認することはできないと主張します。
これらの批判に対し、科学的実在論はレプリンの理論に基づいてより厳密に擁護することができる。レプリンは「新奇な予測の理論」を提唱した。事後的な説明が可能であるという事実だけでは、実在論を完全に正当化することはできないことは明らかである。しかし、通常のレベルを超えた「新奇な」予測がなされた場合、当該の科学理論は部分的に、あるいは近似的に真実であるとみなされるべきである。その好例は、アインシュタインの一般相対性理論によって予言された、重力によって光が曲がる現象である。光の粒子性を前提とするニュートン力学では、光速度不変の原理の下ではこの現象を説明できなかった。対照的に、アインシュタインの一般相対性理論は時空という新たな概念を導入し、この現象の理論的予測を可能にした。この予測は後に、皆既日食中に太陽の周りで観測された星の光の偏角を測定する実験によって検証された。もう一つの新奇な予測の例は、フレネルの回折実験である。光の波動性と粒子性の二重性をめぐる激しい議論の中で、フレネルは光を二重スリットに通して暗い箱の中に入射させる実験を考案しました。その結果、感光フィルムの中心に明るい点が現れ、回折パターンが現れました。この現象は既存の光学理論では説明できず、フレネルの理論によってのみ事前に正確に予測することができました。少なくとも、科学理論が一般的な説明を超える斬新な予測を提示する場合、その理論は現実の事象を扱っていると見なすのが妥当です。
さらに、「新規性」について、より普遍的な基準を確立する必要がある。崔成浩（2006）によれば、強い新規性の基準は以下の通りである。第一に、独立性の条件、すなわち、観察は特定の科学理論のみを用いて推論可能でなければならない。第二に、唯一性の条件は、当時、その科学理論のみが予測の説得力のある根拠を提供できたことを要求する。前述のアインシュタインの光の屈折とフレネルの暗箱実験は、この両方の条件を満たしている。アインシュタインは、当時のニュートン力学では説明できなかった太陽の重力による光の屈折を、相対性理論によって推論することができた。フレネルもまた、光を波動か粒子かという単一の性質しか持たないと考える既存理論では説明できなかった光の二重性に基づいて、感光フィルムに現れるパターンを推論することができた。独立性と唯一性の条件の両方を満たす事例は稀ではあるが、科学史においては確かに存在する。したがって、「新しい予測」、つまり独立性と一意性の両方の条件を満たすケースは、科学理論が現実を記述していると判断するための十分な条件として機能することができます。
科学的非実在論に対する私の立場は以下のとおりです。科学的実在論と非実在論は、科学理論の異なる側面に焦点を当てていると捉えることができます。実在論は科学の予測力を強調するのに対し、非実在論は科学理論の説明力を重視し、そのような説明力は必ずしも現実と直接対応するものではないと主張します。しかし、科学理論は優れた説明を提供すると同時に、予測も可能にします。科学理論は単なる記述文や数学的命題の集合ではなく、存在世界に関する説明力と未来の現象に関する予測力の両方を備えています。もし科学理論の用語が比喩的な機能しか果たさなかったり、提示される説明が単なる構造モデルであったりするならば、それを経験科学と呼ぶ理由も失われてしまうでしょう。先に検討した斬新な予測理論に見られるように、独立性と一意性の条件は、科学理論の性質を判断する基準となり得ます。一般的な実在論の議論とは異なり、科学的実在論の議論では、両陣営とも対象自体の存在については合意しており、論点は説明の性質にあります。説明が独自の斬新な予測力を持っている場合、これはそれが現実を扱っていることを意味します。
科学史における既存理論の繰り返しの覆しを証拠として挙げる非実在論者に対する反論も可能である。非実在論者は、現実についての言明は不可逆的であるべきだと主張するが、科学が幾度も革命的な変化を遂げてきたという事実は、この主張を正当化するものではない。説明の枠組みが変わっても、科学理論が現実そのものに言及しているという事実は変わらない。例えば、フロギストン説はもはや燃焼の説明としては受け入れられていない。しかし、フロギストンが説明しようとした燃焼中の質量損失現象は、現在では水蒸気の蒸発と酸素との化学的結合によって説明されている。現代の化学理論は、古く誤った説明を排除する一方で、その現象が指し示していた現実をより正確に包含している。同様に、ニュートンの古典力学は、物体の速度が光速に近づくともはや正確ではなくなる。しかし、日常的な条件下では、ほとんどの物体は光速（v≪c）に比べて非常にゆっくりと運動しており、このような条件下では、ニュートン力学はローレンツ変換を通して相対性理論の特殊なケースとして包摂されます。ニュートン力学によって記述される世界は、単なる抽象概念としてではなく、現実の一部として、あるいは四次元時空の三次元近似として理解することができます。つまり、科学理論は現実に関する部分的に正しい直観を提供し、科学の進歩を通じて私たちは徐々に現実に近づいていくのです。
非実在論者のもう一つの主張、すなわち人間の経験の限界と認知能力の不完全性もまた批判にさらされている。極端な相対主義や懐疑主義は科学に取って代わることはできない。極端な相対主義者でさえ、日常生活においては合理性と理性に頼っている。あらゆる信念体系は相対的あるいは比較不可能であるという主張は、検証を回避しようとするものであり、公平な議論とは到底言えない。科学的実在論の議論の出発点において、観察対象の存在、説明の可能性、そして予測の可能性は既に前提とされている。もちろん、既存の科学理論や観察者の心理状態は、実験計画やデータ収集に影響を与える可能性がある。しかしながら、観察と実験を通して現実に近づこうとする試み自体が、科学の本質的な特徴である。科学理論は、その厳密性を確立するために、包括的な検証プロセスを経る。数学や論理学の純粋な演繹体系を欠いているとしても、経験を通して徐々に真実と現実に近づいていくのである。
この議論に基づき、科学的非実在論者から単なる作り話理論として批判されてきたホーキングのブラックホール理論を検証することができる。非実在論者によれば、ホーキングのブラックホール理論と量子重力理論は現実を扱っておらず、宇宙の運動を説明するために導入された単なる数学的装置に過ぎない。しかし、レプレンの提唱する新しい予測基準に照らし合わせると、ホーキングの宇宙理論は現実の物体を扱っていると見ることができる。具体的には、ブラックホールは質量を吸収することで極めて強い重力場を形成し、光さえも逃れられない領域を作り出す。この境界はブラックホールの縁、あるいは事象の地平線と呼ばれる。ホーキングの理論によれば、事象の地平線付近の量子効果は、ホーキング放射として知られる微弱なエネルギー放射を引き起こす。この放射は非常に微弱で遠距離で発生するため、現在の技術では観測が極めて困難である。しかし、電波検出技術を含む実験物理学が十分に進歩するか、地球外宇宙空間にホーキング放射を検出できる装置が確立されれば、ホーキングのブラックホール理論は経験的に検証される可能性がある。さらに、ホーキング理論は、この放射の形態と分布を理論的に推定することができ、独立条件を満たす。さらに、ホーキング放射には、ブラックホールに吸収される前の星の形成に関する情報が含まれていると予想され、この情報を解釈できる理論はホーキング理論以外には存在しない。これは、唯一性条件を満たす。したがって、ホーキングのブラックホール理論は、独立性条件と唯一性条件の両方を満たす新たな予測を提示していると言える。これらの予測を直接検証する実験装置がホーキングの生前に実現されなかったことは別問題であるが、この理論が新たな予測を可能にするという事実は否定できない。したがって、ホーキングのブラックホール理論は現実を扱う理論として評価できる。完全なブラックホール理論ではないとしても、宇宙空間にエネルギーを放射する実体の存在は少なくとも否定できない。
結論として、ホーキング博士の主要な研究成果であるブラックホール理論を通して、量子重力に関連する実体が宇宙に存在することを合理的に推測することができます。科学の進歩は徐々にこの現実を明らかにし、人類の理解をより深く、より洗練されたレベルへと導くでしょう。科学者は夢の中を彷徨う存在ではなく、不完全ながらも蓄積していく知識を通して現実に近づく存在であると言えるでしょう。
