太陽を殺せ！ 突飛な思考実験が科学的発見をどのように推進するか

聞いてください、私は実際に太陽を殺したいわけではありません – ただ知りたいだけなのです どうやって。 しかし、私が同僚に話したところ、 新しい科学者 これを行うために科学者を募集していると言うと、困惑した表情をされました。 私は毎日宇宙について書いていますが、宇宙は尽きない魅力を感じています。 私は宇宙の神秘に親しみを感じていますが、なぜ私たちの最愛で不可欠な星を殺すことはおろか、その一部を台無しにしたいと思うのでしょうか？

彼らの混乱にもかかわらず、同僚たちは私と私の破滅のパートナーである米国の編集者チェルシー・ホワイトを甘やかしました。 私たちは自由な発想を持つ天体物理学者や惑星科学者に連絡を取り始め、ポッドキャスト「Dead Planets Society」に参加してくれるよう依頼しました。 彼らと一緒に、私たちは宇宙をいじり始めました – 少なくとも私たちの心の中では – 太陽を殺すだけでなく、重力波の黙示録を想像し、月を半分にスライスしたり、地球を立方体に彫刻したら何が起こるかなどを想像しました。

番組に出演したゲストたち（全員が大学教授であり、きちんとした科学者である）に尋ねる質問を考えているうちに、私たちは重力と惑星科学についての豆知識を調べたり、脱出速度やロッシュ限界の計算をしたりしていることに気づきました。 ポッドキャストは単なる空想、つまり楽しいゲームでしたが、少し科学をやっているようにも感じ始めました。 私たちは、一見不条理に見える思考実験が常に科学的手法の中心であることに気づきました。

科学は実験台や望遠鏡を使って行われる実証実験ではなく、思考実験から始まったとデポール大学の哲学者H・ピーター・スティーブスは言う。 16 世紀の近代科学手法の創始者の一人であるガリレオ・ガリレイは、ピサの斜塔から羽根とハンマーを落としたことで記憶されています。 同じ速度で落下することを実証することで、ガリレオは重力の仕組みについての 2000 年前の考えを覆した、という話です。 「[It] ニュートンがリンゴで頭を殴られるのと同じくらい空想的な話だ」とスティーブスは言う。 「しかし、アリストテレスの重力の概念がいかに間違っているかを証明するために、彼が思考実験に従事したという証拠があります。」

歴史の経過とともに、私たちは実践的な実験を行うのがはるかに上手になってきましたが、思考実験は依然として重要です。 たとえば、アルバート・アインシュタインも重力と格闘することで私たちの宇宙観を一変させ、頭の中に不条理なシナリオを思い起こさせることで有名です。 ある晩、路面電車に乗っているとき、彼は自分が光の速さで移動していたら世界はどのように見えるだろうかと想像しました。 光の挙動を説明しようとして何年も挫折した後、これが 1905 年に特殊相対性理論に成長した種でした。「これほど壮大なスケールで物事を想像すると、見慣れたものが別の方法で表現されます」とオックスフォード大学の哲学者ガイ・カハネは言います。

これは今日でも同様です。 ブラック ホールと、これらの極端な物体が現実の性質について何を明らかにするかを理解しようとする理論家の間では、思考実験に耽ることが一般的です。 たとえば、ブラック ホールの強力な重力は、データを送り返すために科学機器をブラック ホールのすぐ隣や内部に置くことができないことを意味します。 したがって、理論家は、これらの位置のいずれかにある観察者に何が起こるかを考え、計算することに多くの時間を費やし、時間や因果関係などの概念についてのあらゆる種類の驚くべき洞察につながります。 「このように遊び心のある方法で考えると、そうでなければ見えなかったものが見え始めます」とカハネは言います。

Dead Planets Society のシーズン 2 の最初のエピソードでは、独自のブラックホールの思考実験を実行します。 ブラックホールは、近づくものすべてを飲み込む巨大な空洞であるとよく考えられています。ブラックホールは究極の破壊者です。 それでは、それを破壊しようとすることで何を学ぶことができるでしょうか？ ブラックホールの弱点を探すために、私たちは無限速度の宇宙船を使用してブラックホールの質量の一部を持ってブラックホールから脱出すること、または非現実的で強力な磁石を使用してブラックホールを引き裂くことを検討しました。 これらの宇宙ツールを実際に構築することはできませんが、それらを想像することで、ブラック ホールについての考え方が再構築されました。

エピソードを録画する過程で、これにより私たちはブラック ホールについて新しい方法で考えるようになりました。 量子力学を使用すると、それらはたまたま光の速度よりも速い脱出速度を持つ信じられないほど巨大な物体として描写できます。または、一般相対性理論によれば、それらは時空自体の無限に深いディボットです。 記録上、後者は破壊するのがはるかに困難です。

深刻さから解放されることは、チェルシーと私がポッドキャストで夢中になる機会です。 シカゴ大学のウェンディ・フリードマン氏は、宇宙論者もこのように考えることで恩恵を受けることができると述べています。 宇宙論の標準モデルと矛盾する天文異常がますます多く観察されるにつれ、宇宙に関する私たちの最善の経験理論が見直しの時期を迎えていることが明らかになりつつあります。 「データがますます良くなり、理論がますます創造的になるにつれて、何かが適合するようになるでしょう」とフリードマン氏は言います。 「私たちには理解できないことがたくさんあるので、今すぐ奇抜なアイデアが必要です。」

標準モデルの設計者の一人であるノーベル賞受賞宇宙論者ジム・ピーブルズ氏は、バランスが取れていれば、この種の遊び心のある考え方は「科学の重要な部分である」ことに同意しています。 「私は青空のような思考に耽溺しています。 それは…やりすぎると時間のロス、抑えれば損失だ」と彼は言う。

さて、私とチェルシーが天の川銀河にさらに武器を与える方法を検討することで、宇宙論の標準モデルの問題を解決しようとしているとは主張しません。 しかし、科学者が真剣になりすぎると何かが失われると私は思います。 確かに、『Dead Planets Society』の制作中に私たちが交わした会話は少しばかばかしいものですが、それは私がこれまでに交わした中で最も考えさせられるやりとりでもありました。

「月を半分に切ったり、太陽を爆破したり、あるいは地球を突然立方体に変えたりすると、まあ、これはすべて興味深いものです。それはドクター・イービルやボンドの悪役、ボーグだけではありません」とスティーブスは言う。 「これにより、私たちは科学についての現在の理解に基づいて限界事例について考えるようになり、それを楽しみながら行うようになります。 プッシュすることと楽しむこと、この両方が重要です。」

もし私たちが楽しんでいなかったら、もし太陽が消えてしまったら、クジラが人間よりも長生きすることになるとは決して気づかなかっただろう。 これは他のほとんどの種類の黙示録にも当てはまることが判明したため、宇宙では地上の生物よりも水中生物の方がチャンスがあるかもしれません。 私たちはエアロゲルを小惑星を捕らえる一種の宇宙フライストリップとして使用することを決して考えなかったでしょう。

スティーブスはロブ・ライナーのカルト映画を引用 これはスパイナルタップです、 彼はこれを科学的真実の泉であると表現し、「愚かと賢いのは紙一重だ」と述べている。 言い換えれば、愚かさを 11 まで上げても、賢いアイデアや興味深いアイデアが生まれなくなるわけではありません。

「This Is Spinal Tap」には驚くべき科学的真実が隠されている

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宇宙は大きくて乱雑で、宇宙的に起こり得ることはすべて、おそらくどこかで起こっているように感じることがあります。 それがその美しさです。 したがって、たとえどんなに突飛なものであっても、無駄な憶測は必ずしも無駄ではありません。 たとえそれが漫画の悪役のように考えたり、時には太陽を殺そうとしたりすることを意味するとしても、それは宇宙の秘密を明らかにするのに役立ちます。

同僚たちの当惑については、スティーブスに次のように答えてもらいます。 あなたはマニアですか、リア？ 多分。 でも、最高の方法でね。」 私は宇宙を探索し、時には破壊することを想像し続けるときに、この褒め言葉を持ち続けます。