「科学で解明されている」は本当なのかなぁ？

MORI LOG ACADEMYというブログの「子供の疑問」というエントリを見つけた。

要訳すると

『　大人の皆さんは、どれくらい答えられるだろう？
1）光とは何ですか？
2）熱とは何ですか？
3）力とは何ですか？
4）物体とは何ですか？
5）重さとは何ですか？・・・・

「まだ科学では解明されていないものがある」と表現されるが、上記のものは、すべて科学によって正体が解明されている。「自然の神秘」「生命の神秘」という言葉を使うのならば、そのまえに義務教育の範囲だけでも科学的知識を身につけるべきである。』

ということだそうだ。
これは要するにエセ科学とか占いのばばあに歴史や科学まで語らせてしまう最近の『知の後退』ぶりを批判した一文なのだろう。
その趣旨には異論はない。
しかし
「上記のものは、すべて科学によって正体が解明されている。」
なんて簡単に言い切ってしまうあたりが
「アンタだってその手の神秘主義者とあまり変わらないではないか」
と思ってしまうわけだ。

光とは何なのか、もう科学で完全に解明されているんだろうか？
科学とはいつの間にそんなに進歩してしまったのだろうか？
私の認識では「光とは何かは一応の定説はあるが完全に確証を得られたわけでは無い」ということだったように思うのだが。

かつて光は「波であるか粒子であるか」という論争が盛んになされていた。
有名なニュートンとホイヘンスの論争だ。
光は明確に波の性格を持っている。
１９世紀の人が注目したのは波の干渉だ。
２カ所にスリットを開けた紙を通すとそのスリットを抜けた光が交わるところで縞模様ができる。
この実験は自宅でもボール紙と懐中電灯があればすぐにできるので、子供たちと一緒にやってみると良い。
これは光の干渉という現象で、当時から波はそういう性質を持っていることは広く知られていたから、これを根拠に
「光は波である」
という定説が優勢になった。

ところが光は波であるとすると困った現象が起きる。
ひとつは光電効果で、光が当たると電流を発生する光電管は光が強ければ強い電流を出し、弱ければ弱い電流を出す。
もし光が波であるなら、波が強かろうと弱かろうと同じ波長の波なら同じ回数光電管をヒットするはずだから電圧に差が出るかもしれないが電流量は一定でなければならない。
電流量は発生した電子の数に比例するわけだからだ。
この光の強さで変化するという事実は、
「光は小さな粒子が飛んでくるのだ」
としないと説明ができない。
もうひとつ困ったことは光は真空でも伝わることだ。

波である身近な代表例は音で、音波は空気なり水なり鉄棒なり何でも良いのだがそういう媒介になるものがないと伝わらない。
だから完全に真空なガラス管の中で発振されている音は外に伝わらない。

ところが光は完全な真空の中でも伝わる。
そこで１９世紀の人達は「エーテル」という未知の物質を考え出した。
エーテルは質量もなく、体積もなく、この世界の全ての場所に充満しあらゆる物質の構造をすり抜ける非常に細かい粒子だ。

この世界に充満する「エーテル」が光を伝えたために真空に見えたガラス管の中も光は伝わるとした。
エーテルは質量がゼロなので世界に充満していても私たちはそれを認識することができない。
真空に見えたガラス管の中にも「エーテル」は満たされている。
しかしこの仮説は破綻した。
有名な四角いテーブルに仕掛けられた縦と横に別れてそれぞれ何往復もしてからもとに戻ってくる光を観測する装置で、地球の自転、公転方向に縦でも横でも光の速度に差がないことが証明されてしまった。

光は波なのか、粒なのかというプリミティブな疑問に答えが出る前にアルバート・アインシュタインが驚くべき論文を発表した。
それが有名な「光速不変」の原理と「同時刻の相対性」を盛り込んだ相対性理論で、これによって光の正体が解き明かされないうちに、光についての説明すべき性質が追加されてしまった。
光はなぜ全ての観測者から同じ速度で見えるのか。
１９２９年のアインシュタインへのノーベル物理学賞は「相対性理論の発見」へのものではなく「光の粒の発見」に贈られたものだ。
アインシュタインは生涯にわたって光の正体は何なのかを追求して「光は波であり粒である」という全く異なるふたつの姿を発見してしまった。
粒子でありながら波でもあるというふたつの形態をひとつの物体が持つことができるのか。
この矛盾した異様な姿はニュートン以来の整然とした物理学の世界の中では由々しき問題だった。

その時に光の正体を説明したのが「量子力学」が生み出した「不確定性理論」ということになる。
光は波でありしかも光量子という粒子でもある。
量子とはそれ自体は単体の粒子のような姿をしていながら、その単体を観測されていない時には姿を持たないガスのような性質を持ち、その不定形の姿故に波のような性質も持ちうるというものだ。
この説明は光についてかわされてきた永遠の議論に終止符を打ちそうに見えたが、何よりも問題提議をしたアインシュタイン自身がこの「不確定性理論」に強く反対した。
それも尋常な反対ではない。

アインシュタインは一般的には「相対性理論を考え出した人」ということになっているが、アインシュタインが相対性理論にかかっていたのは若い間のごく短い期間だけで、実はほとんど生涯をこの「不確定性理論」を生み出したボーアらの「量子力学論者」に反論することに費やしたといっても良いくらい、「量子力学」を疑問視する膨大な議論を残している。
量子力学は今日では光の正体を説明した一応の定説ということになっている。
量子力学を証明するような物理現象も観測されている。
しかしアインシュタインは主に思考実験という方法で量子力学に挑んだのだが、そのうちのいくつかはいまだに量子力学支持者によって完全に論破されていない。

量子力学は光を粒のようなもであり、粒のようなものではないと説明する。
人間が観測している時だけ「粒」の姿をとり、観測していない時は雲のような姿になって波の性質を発揮する。
これにより光は粒であり波であるという矛盾したふたつの姿をとりえると説明する。
まるで禅問答だ。
観測者が観測している間だけそれは粒のような姿をして、粒子としての性質を発揮する。しかし観測していない間は量子は一定の姿を持たず、波のような形態に変化している。
この説明に常識はついていけてるだろうか。
アインシュタインは有名な「シュレディンガーの猫のパラドックス」(*注)によって反論した。
このパラドックスにはいまだに誰も反論することに成功していないはずだ。
アインシュタインはきわめて常識的な反論をしている。
「誰かが観測していようと、していなかろうとそんなことには無関係に月はあそこにあって地球の周りを回っているのだ」

この「アインシュタインの反論」を完全に論破し光や重力の正体を完全にひとつの理論で説明できる「統一場理論」というものが永らく科学の世界では待望されているのだが、いまだにそういうものは実現していない。
要するに
「光って一体何なの？」
という議論はいまだに決着がついていないのだ。

これが数年前までの私の認識だったのだが、この数年間に科学はもうこの問題を解決してしまったのだろうか。しかし量子力学にまつわる議論に完全に決着がついたというのなら大ニュースだから、いくら私がぼーっとしていてもその手の大ニュースなら気がつくはずなのだけど。

確かに最近のテレビを見ていると占いのばばあに日本の歴史を語らせたり、小太りの霊感師に自然の神秘を説かせたりいくら何でもこれはひどいと思うような内容のものが多いのは事実だから、
『「自然の神秘」「生命の神秘」というまえに義務教育の範囲だけでも科学的知識を身につけるべき』
と言いたくなるお気持ちはとてもよく分かるのだが、自然の神秘としか言いようがないことはやはりあるんで、だからといって私は占いのばばあは絶対に肯定しないけど、「全ては科学で解明されているのだ」なんて２０世紀的なフレーズも簡単に使いたくはない。

「神はさいころを振らない」
「永遠の神秘は人間が自然を理解できることだ」
アルバート・アインシュタイン

よく似た話をもうひとつ見つけた。
『「円周率は3」の話はウソだった』という「頭ん中」さんのエントリだ。

円周率はわれわれの世代は「およそ3.14で実際には3.14159・・・というように続く」というように習った。
ところが「ゆとり教育」の新学習指導要綱によって「円周率は３」と教えるように変わったということが各所でかなり大々的に報じられ、概ねの世間の評判は
「教育の中身を骨抜きにしてしまい、学力の低い生徒を大量に排出するだけ」
というようなことで散々叩かれていた。
しかし問題は誰も学習指導要綱に本当にそんなことが書かれているのかちゃんと調べていなかったということだ。
私も調べていなかった。

ところが「頭ん中」さんによると文部科学省のサイトでは
『新しい学習指導要領についてのＱ＆Ａ
（Ｑ１）
　「円周率は【３．１４】ではなく【３】としか教えなくなるのですか。」

（Ａ１）
　そんなことはありません。円周率については、【３．１４】と教えるだけではなく、それが本当は、３．１４１５…とどこまでも続く数で、【３．１４】も概数にすぎないということをこれまで通り、きちんと教えます。
　なお、円周率については、これまでも「目的に応じて３を用いる」こととしていますが、これは、およその長さが知りたい場合には、３を用いて計算するなど、様々な状況に応じて自分の判断により、使い分けられるようになってもらいたいからです。』
　
という説明が掲げられていて、この内容だったらわれわれが習ったのと全く変わらない。
円周率をおよそ３とするというのは検算などの計算の時により大まかな概算を使うことに関して「目的に応じて処理できるよう配慮する」というきわめて現実的な内容だった。
そういうことも知らないで
「文部省は子供たちに円周率は３だと教えようとしている。なんたる知の後退か！」
と議論してしまった人が圧倒的に多かったのではないだろうか。

これも結局
「光の正体は科学で完全に解明されている」
と言い切っちゃう人や、
「コンピュータはかけ算も足し算の繰り返しでやっているので、コンピュータ技術者も基礎を叩き込め」
と言い切ってしまう立花隆と同じで、結局そういうことをいう人は、本当の議論の中身である量子力学やコンピュータの命令セットの構造や円周率を扱う数学そのものには全然関心がなくて、そういうものを扱う精神論にしか関心がないんじゃないかと思う。
でも精神論で単純に割り切れてしまうほど、数学の世界も理論物理学の世界も、コンピュータの世界も単純ではないということだ。

こういう似たような話題に連続して最近出逢ったので、ますます心していきたいと思った次第。
合掌

「人が認識していようといなかろうと、真理はそこにあるのです。真理が人に依存していてはならないのです。」
アルバート・アインシュタイン

*注「シュレディンガーの猫のパラドックス」
本文が分かりにくかったのでちょっと注釈。
ニールス・ボーアの不確定性理論は光や電子が粒子であり波動であるというふたつの性質を同時に持ちうるのは、これらの量子は「観測することによって粒子になり、観測されない間は雲のような姿で波動を形成しその未来は確率によってしか予測できない」という論旨で説明した。
これに対しアルバート・アインシュタインはひとつの物質が同時にふたつの形態を持ちうるのは、物理学の根本法則の瓦解に繋がると反論したが、ボーアは「量子レベルのミクロな物理と我々が日常目にするマクロな物理学は全く違う法則によって律されている」という物理学のダブルスタンダードを主張した。
アインシュタインの反論はこのダブルスタンダードを攻撃することを主なテーマにしていた。
そこで「量子の世界とマクロな世界とではスケールが違いすぎて双方に因果関係は成立しない」というボーアの論拠を攻撃するために、この「猫のパラドックス」という思考実験を提示した。
この思考実験では簡単な実験装置を作る。
猫と猛毒ガスが入った小ビンをハコに仕込む、このビンは機械的なハンマーで叩き割られるようにセットし、このハンマーのスイッチはガイガーカウンターの反応で入る。そしてガイガーカウンターの横には放射性物質が入った容器をセットする。
そしてこのハコを完全に閉じてしまい人間が観測できないようにする。
するとハコの中の猫はどうなるだろうか？
「不確定性理論」の説明によると、放射線粒子も観測していない時には粒子ではなく雲のような状態で、ガイガーカウンターに放射線粒子が飛び込んだ状態と、飛び込んでいない状態は雲のように渾然一体となっている。その粒子がカウンターに反応するかどうかは確率でしか予想できず、人間が観測するまでは確定していない。
とするとハンマーのスイッチが入っているかどうかも人間が観測するまでは確定していない。つまり箱の中に毒ガスが充満しているかどうかも観測するまでは確定しておらず、猫が生きているか死んでいるかも確定していない。
猫が生きているか死んでいるかは、箱を開けた瞬間に確定しそれまでは箱の中には生きている猫と死んでいる猫が、雲のように渾然一体と存在していることになる。
このようなことがあり得るだろうか？

光の正体は科学で解明されているというが、その光の正体を説明している理論はこのような危うい仮定の上に成り立っているのだ。確かに今日ではそれは定説になりつつあるが、でもこの定説を完全に確定的な事実だと言い切るには、この雲のような状態で生きているし死んでいる猫が物理学的にあり得るということを証明しなくてはならないのだ。

＜追記＞
この量子力学についての一文に、BBSで何人かの方から疑義や意見をいただいた。
私としては量子力学の正否はいまだに釈然としない問題であって、「水が凍れば氷になるのだ」なんていう反論のしようがないような問題と違ってまだまだ未解明な部分ではないかと思っていた。ところがいろいろ寄せられた意見を見ていると、皆さんは量子力学はもう既定の真実であり、氷と同じく反論の余地はほぼないと考えておられるようだというのが、私には誇張ではなく新鮮な驚きだった。 だから引用したリンク先のサイトも
「そのまえに義務教育の範囲だけでも科学的知識を身につけるべきである。」
なんていう文脈が出てくるのだと、ほのかに想像がついた。繰り返すがこれは私にとっては本当に驚きだったのだ。
量子力学の正否以前に、物事の認識というのはこんなに違うのだなということを話してみて初めて思い知ったような感じだ。
そのやり取りの一部をここに採録する。
長文のやり取りなので、読むのが面倒な人は飛ばしてもらいたい。
ただBBSはやがて消えてしまうので、これは残しておく価値があるかもしれないと思いこちらにて転載する。