「物理法則はいかにして発見されたか」を読む

物理学者の自然認識を垣間見るひとつの手立てとして、ファインマンの「物理法則はいかにして発見されたか」を読み返してみました。少々古い本ですが、物理学の素人にも判り易く書かれているのはありがたい話です。

1. ファインマンの哲学者嫌い

しかし、この方、哲学者のお嫌いな方ですね。どうも、数学のわからない哲学者に散々悩まされた様子です。以下にファインマンの文章を引用しますが、少々穏やかならぬ表現であるように、私には思われます。

G.P.スノウは二つの文化ということを申しました。二つの文化といえば、一方には、自然を賞でるのに十分なだけの数学を一度でも理解した経験をもつ人々が属し、他方にはそういう経験のない人々が属することになるのだろうと、私は思います。
……
つんぼの人に向かって音楽の感動を説いてもむだでしょう。どんなに知恵をしぼってもだめであります。同様に、どんなに知恵をしぼって議論をたててみたところで、「あちらの文化」に属する人々に自然の理解を伝えることはできますまい。哲学者なら、自然について定性的な話をしてあなた方を教育しようとするかもしれません。私はありのままをお伝えしたいのです。うまくいっていないのは承知しております。もともと不可能なことなのです。この方法には限界がある。宇宙の中心は人であるという説がまかり通っていられるのも、おそらくそのせいでしょう。

またしても人間原理ですね、「宇宙の中心は人であるという説」は。なんか、宇宙人や未来人や超能力者にハルヒの話を聞かされる、キョンの心境になりそうです。

ちなみに、この部分は、原文(Richard Feynman, "The Character of Physical Law" THE M.I.T. PRESS (March, 1967))では以下のようになっております。

C. P. Snow talked about two cultures. I really think that those two cultures separate people who have and people who have not had this experience of understanding mathematics well enough to appreciate nature once.
......
All the intellectual arguments that you can make will not communicate to deaf ears what the experience of music really is. In the same way all the intellectual arguments in the world will not convey an understanding of nature to those of 'the other culture'. Philosophers may try to teach you by telling you qualitatively about nature. I am trying to describe her. But it is not getting across because it is impossible. Perhaps it is because their horizons are limited in this way that some people are able to imagine that the center of the universe is man.

2. 還元主義

さて、ファインマンの世界認識は、自然科学の認識でして、いわゆる還元主義。すなわち、生物は器官の集まりに還元され、器官は細胞に、細胞は分子に、分子は原子に、原子は素粒子に還元されます。ファインマンに言わせれば、次のようになります。

宇宙の諸現象は、いろんな階級、あるいは階層に分けて考えることができます。……一方の極限には物理の基礎法則があります。そのつぎに私どもは近似的な概念をいろいろ取り出して名前をつけます。これらは最終的には基礎法則によって説明されるべきものです。たとえば「熱」。この熱というものは不規則運動だと考えられる。もうひとつ階段を上がりますと別の階層があります。物の性質に関する諸概念がくる。……階層をもっと上にまいります。水には波がたちます。嵐というものもある。 …… この複雑さの階段をもっと上にのぼりますと、筋肉の収縮とか神経を伝わる電気信号とかに出会うでしょう。
……
たくさんの研究者たちが、中間の階層で上下の一段につながりをつける仕事をしております。世界に対する私たちの理解を進めているわけです。階層の両端で働く人々、中間の階層で働く人々―こうした人々のおかげで、複雑に結ばれた多層建築である、このとてつもない世界を、私たちは徐々に理解していきつつあるわけであります。

この部分は、原文では以下のようになっております。(日本語版で省略した部分も一部含めております。)

We have a way of discussing the world, when we talk of it at various hierarchies, or levels. Now I do not mean to be very precise, dividing the world into definite levels, but I will indicate, by describing a set of ideas, what I mean by hierarchies of ideas. For example, at one end we have the fundamental laws of physics. Then we invent other terms for concepts which are approximate, which have, we believe, their ultimate explanation in terms of the fundamental laws. For instance, 'heat'. Heat is supposed to be jiggling, and the word for a hot thing is just the word for a mass of atoms which are jiggling. But for a while, if we are talking about heat, we sometimes forget about the atoms jiggling -- just as when we talk about the glacier we do not always think of the hexagonal ice and the snowflakes which originally fell. Another example of the same thing is a salt crystal. Looked at fundamentally it is a lot of protons, neutrons, and electrons; but we have this concept 'salt crystal', which carries a whole pattern already of fundamental interactions. An idea like pressure is the same.

Now if we go higher up from this, in another level we have properties of substances -- like 'refractive index', how light is bent when it goes through something; or 'surface tension', the fact that water tends to pull itself together, both of which are described by numbers. I remind you that we have to go through several laws down to find out that it is the pull of the atoms, and so on. But we still say 'surface tension', and do not always worry, when discussing surface tension, about the inner workings.

On, up in the hierarchy. With the water we have waves, and we have a thing like a storm, the word 'storm' which represents an enormous mass of phenomena, or a 'sun spot', or 'star', which is an accumulation of things. And it is not worth while always to think of it way back. In fact we cannot, because the higher up we go the more steps we have in between, each one of which is a little weak. We have not thought them all through yet.

As we go up in this hierarchy of complexity, we get to things like muscle twitch, or nerve impulse, which is an enorn10usly complicated thing in the physical world, involving an organization of matter in a very elaborate complexity.

......

The great mass of workers in between, connecting one step to another, are improving all the time our understanding of the world, both from working at the ends and working in the middle, and in that way we are gradually understanding this tremendous world of interconnecting hierarchies.

もちろん、ファインマンは科学者であり、物理学者であるわけですから、その職業上の世界観というものはこうした形になるのでしょう。しかしそれですべてが語れるのか、という点は大いに疑問があるわけで、たとえば、他人の心を推し量るに、神経を伝わる電気信号の様相にかかわる知識は、何の役にも立たないと思うのですね。

世界を認識するには、さまざまな方法があり、分析的アプローチはその一つである、と思います。それは悪くないアプローチではあるのですが、だからといって他の見方が価値のないものである、ということにもなりますまい。

3. 生物機械論

さらに、ファインマンも昨日ご紹介した利根川氏と同様、生物機械論を支持します。これは私も否定しません。ファインマンの場合、たこの足の運動を例にあげて、次のように述べております。

生物界に起こることは物理的・化学的現象のあらわれであって、それ以外に「エキストラ」は関与していないということです。……生き物が完全に理解されつくすことはまずないとしたら、可能性はつねに無限であります。そのうえ、タコの足がゆらゆらと動いているのは、ほかでもない、原子どもが既知の法則に従ってうごめいているのだといわれても、これを信じるのは容易でない。しかし、この仮説を足場にしてタコの足の運動を追及すれば、その仕組みをきわめて正確に推測することができる。理解が大幅に進むわけです。まだタコの足は健在であります。私どもの仮説が間違っている兆候はみつかっていません。

原文は以下の通りです。上で省略した部分も含めています。

I can give you another example, even more interesting and important. Probably the most powerful single assumption that contributes most to the progress of biology is the assumption that everything animals do the atoms can do, that the things that are seen in the biological world are the results of the behaviour of physical and chemical phenomena, with no 'extra something'. You could always say, 'When you come to living things, anything can happen'. If you accept that you will never understand living things. It is very hard to believe that the wiggling of the tentacle of the octopus is nothing but some fooling around of atoms according to the known physical laws. But when it is investigated with this hypothesis one is able to make guesses quite accurately about how it works. In this way one makes great progress in understanding. So far the tentacle has not been cut off - it has not been found that this idea is wrong.

と、いうわけで、ファインマンの関心はタコの足にとどまっているのですが、これが人間の精神的働きにまで及んだ場合はどうなるのでしょうか。ファインマンはこれについて何も語ってはいないのですが、もしもこの部分を考えることがあれば、利根川氏と同様、唯心論、といった哲学的基盤にも考えを及ぼさざるを得ないのではなかろうか、という気がいたします。

4. 量子力学と自由な精神

その他、観測問題に関しましては、ファインマンはあっさりと人間原理を否定しておりますが、電子線の粒子性と波動性の奇妙な振る舞いについてはページを割いて説明しております。で、ファインマンの立場は、自然現象を記述することであり、かくあるべしというべきではない、ということなのですね。この説明の最後に近い部分のファインマンの言葉を引用いたしますと、次のようになります。

電子がどっちの穴を通るかあらかじめ知ることはできない。干渉図形が現れるかぎり、その予言は可能であってはならないのであります。……こう申した人があります。「自然だって電子がどっちにいく気か知らないのだ」
……
「科学の存立」には何が必要か、自然はどんな性格をもっているか。これらは人間がきめることではありません。これらは、私どもの研究対象、つまり自然そのものが決めることです。私たちは観察をします。そして何がそこにあるかを知るのであります。……科学の存立のために必須なのは、自然とはかくあるべきものだなんていう哲学めいた予断を認めない自由な精神なのです。

この部分の原文を以下に示します。

It must then be impossible to have any information ahead of time about which hole the electron is going to go through, whether the light is on or off, in any circumstance when the experiment is set up so that it can produce the interference with the light off. It is not our ignorance of the internal gears, of the internal complications, that makes nature appear to have probability in it. It seems to be somehow intrinsic. Someone has said it this way - 'Nature herself does not even know which way the electron is going to go'.
......
What is necessary 'for the very existence of science', and what the characteristics of nature are, are not to be determined by ponlpous preconditions, they are determined always by the material with which we work, by nature herself.
......
In fact it is necessary for the very existence of science that minds exist which do not allow that nature must satisfy some preconceived conditions, like those of our philosopher.

ファインマンの哲学嫌いは、こんなところにも顔を出していますが、自由な精神の必要性を認める、ということは、還元主義的世界観とは矛盾しております。結局のところ、ファインマンの世界観は、自然科学の観察対象の世界に限定されており、研究者を含む世界に対しては、別個の世界観があるものと思われます。

量子力学のややこしいところは、観測という行為自体が観察対象の世界に含まれてしまう、という点にあります。つまり、観察者である物理学者自身も、物理学の対象とする自然の一部とせざるを得ません。観察対象である世界と物理学者自身の精神的働きとを区別して扱う、というのなら、何らかの基準なり、識別原理なりが必要となるはずです。これには、哲学的考察も避けては通れないのではないでしょうか。

もちろん、この哲学的考察が、ファインマンが手を焼くような、物理学と矛盾する哲学であっては困るのですが、、、