ラプラスの悪魔 人間に自由意志はあるのか

ラプラスの悪魔というのは、物理の世界に出てくる悪魔のひとつです。

ラプラスの悪魔が意味するのは、「未来は決まっている」ということ。

自分の意思で行動したと思っても、はるか昔から決まっていた通りに行動をしたに過ぎないということです。

このラプラスの悪魔、一体どんなものか説明してみたいと思います。

ラプラスの悪魔とは

ラプラスの悪魔は、今から200年以上前にフランスの数学者 ”ピエール=シモン・ラプラス” が提唱したものです。

もしもある瞬間における全ての物質の力学的状態と力を知ることができ、かつもしもそれらのデータを解析できるだけの能力の知性が存在するとすれば、この知性にとっては、不確実なことは何もなくなり、その目には未来も(過去同様に)全て見えているであろう。

— 『確率の解析的理論』1812年
Wikipedia

「ある瞬間の全ての物質の位置と運動量を知ることができて、そのデータを解析できる能力を持った悪魔がいれば、過去も未来も全てわかる」ということです。

あなたが、将来どんな行動を起こすのか、悪魔はお見通しなのです。

ニュートン力学の成功

ラプラスの時代、ニュートンの力学が様々な分野に応用され多くの現象を説明できるようになっていました。

「全てはニュートンの力学で説明できる」

そういう機運が高まっていたころです。

もし、宇宙が全てニュートン力学に従っているのなら、ラプラスの悪魔がいるという結論になります。

悪魔が実際にいるかどうかは別にして、はるか未来の出来事までとっくの昔に決まっていることになってしまうのです。

ニュートン力学黄金期

ラプラスはニュートン力学黄金期の人です。
ラプラス自身、数学的な取り扱いでニュートン力学を完成させた最後の功労者といった存在です。
その後、ニュートン力学の守備範囲から外れていた、熱、光、電磁気などが理論化され始め、混沌とした時代を迎えます。

ラプラスの悪魔とシミュレーション

宇宙はバーチャルなのか? シミュレーション仮説とは』という記事で、宇宙はシミュレーションではないか? という考え方を紹介しました。

ラプラスの悪魔は、このシミュレーション仮説と似通っているように思えます。

全ての粒子の位置と運動量を入力して計算すれば、未来まで計算できるのですから。

でも、そう単純な話ではありません。

ラプラスの悪魔の完全なシミュレーションは不可能なのです。

情報量

ラプラスの悪魔のシミュレーションが不可能なのは、必要な情報量が無限だからです。

情報量について少し考えてみましょう。

ある粒子ひとつの位置を表すのにどれくらいのメモリーが必要でしょうか?

その粒子は、基準の場所から、x方向に1メートル離れたところにあるとします。

本当に1メートルなのでしょうか?

1.000000000000001メートルかもしれません。

0.999999999999999メートルかもしれません。

ぴったり1メートル(1.00000……と0が無限に続く)と考えるのは不自然です。

もし完璧に位置を表そうとすると、小数点以下に数字を無限に並べないといけません。

これだけで無限の情報量が必要です。

それができないのであれば、どこかで打ち切って近似計算するしかありません。

そうなると、シミュレーション仮説の記事で説明したような完全なシミュレーションではなくなります。

少し先のことなら、ある程度正確でしょうが、時間が経てば経つほど実際とずれていきます。

ラプラスの悪魔がいたとしても、それを実際にシミュレーション計算することはできないのです。

カオス

ごく僅かな差によって、大きな違いを引き起こすカオスという現象もあります。
「ブラジルで蝶が羽ばたいたことで、テキサスで竜巻が起きる」というようなもので、これにちなんで「バタフライ効果」と呼ばれることもあります。
ごくわずかな差を無視できないのです。

ラプラスの悪魔の終焉

ラプラスの悪魔

ラプラスの悪魔は意外な形で幕を下ろします。

Wikipediaの説明を引用してみます。

20世紀初頭より勃興した量子力学によって、原子の位置と運動量の両方を同時に知ることは原理的に不可能である事が明らかになった(不確定性原理)。これによりラプラスの悪魔は完全に否定された。
Wikipedia

ラプラスの悪魔が提唱された100年後、量子力学によって位置と運動量を正確に知ることはできないことがわかったのです。

量子力学の不思議さ

「位置と運動量を正確に知ることはできない」というのは誤解を受けそうな表現です。

「正確な位置と運動量はあるけど、それを知ることはできない」と思うかもしれませんが、これは間違いです。

そもそも正確な位置と運動量というもの自体がないのです。

訳が分からないかもしれませんが、仕方ありません。

物理学者でも訳が分からなかったのです。

あのアインシュタインも、正確な位置と運動量というものがないなんてことを認めませんでした。

とにかく、物理学者が長い時間をかけて議論し、実験を行った結果、「よくわからないけどそうなっているようだ」と認めざるを得なくなったのです。

新たな問題

ラプラスの悪魔は、これで否定されました。

しかし逆に新しい問題が浮かび上がります。

ニュートン力学では、位置と運動量を表すのに無限の情報量が必要でした。

量子力学では、位置を運動量を分けて知ることはできませんが、粒子の全情報は有限なのです。

莫大な情報量には違いありませんが、無限と有限では全く別ものです。

情報量が有限なら、宇宙はシミュレーションだという可能性がでてきます。

ここから『宇宙はバーチャルなのか? シミュレーション仮説とは』という話につながっていくのです。

終わりに

ラプラスの悪魔は完全に死んだわけではありません。

ラプラスが想定したものとは違いますが、未来が完全に決まっているという可能性は残っているのです。

自分が自由意志を持っているというのは錯覚かもしれないのです。

これは、物理学者にとっても受け入れがたいことで、人間が自由意志を持つ理由を説明しようとする人たちも多くいます。

あなたがこの記事を読んだのは、自分の意思なのか、それとも元々決まっていたことなのか、果たしてどちらなのでしょうか?

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