宇宙のソースコードを求めて

パステルスキ氏は、ペリメーター理論物理学研究所の高エネルギー理論物理学者であり、量子重力として知られる数学的な地雷原を渡り歩くことができる、世界でも数少ない人物の一人である。彼女の目標は、自身が「宇宙のソースコード」と呼ぶものである。それは、星がなぜ銀河にとどまるのか、一方で亜原子粒子はなぜカフェインを摂りすぎた幽霊のように振る舞うのかを説明する、単一で矛盾のない一連の規則という、究極のマスターファイルを探し出すことである。現在、我々が持つ現実の最良の記述は、二つの異なる互換性のない言語で書かれており、物理学者たちは、それらを調停する唯一の方法は、我々が住むこの三次元世界が実は洗練された投影であると認めることかもしれない、と疑い始めている。

これは、コンピュータ・シミュレーションの中で生きているという陰謀論とは異なる（用語が重複することは多いが）。そうではなく、これは一世紀もの間、科学界で最も聡明な頭脳を悩ませてきたパラドックスを解決するための、厳密な数学的試みなのだ。一般相対性理論はアインシュタインの最高傑作であり、重力や巨大なもの——惑星、ブラックホール、宇宙の膨張——を説明する。量子力学は、電子、光子、そして亜原子領域の奇妙な現象といった極小の世界を説明する。問題は、その両方を同時に適用しようとすると、数学が破綻してしまうことだ。それは、1980年代の電卓でPlayStation 5のゲームを動かそうとするようなものだ。宇宙のオペレーティングシステムは境界でクラッシュしており、理論物理学者たちはそのパッチ（修正プログラム）を求めている。

重力マシンの不具合

物理学は現在、空間と時間に対する我々の理解が、より深い何かの大まかな近似に過ぎないことを示唆する矛盾に満ちている。このシステムにおける最も有名な「バグ」の一つが、ブラックホール情報パラドックスである。一般相対性理論によれば、ブラックホールに落ちたものはすべて永遠に消滅し、特異点へと押しつぶされる。しかし量子力学によれば、情報は決して完全に破壊されることはない。本をブラックホールに投げ込んだ場合、その原子の配置に含まれる情報は、理論上保存されるはずである。ブラックホールがホーキング放射によって最終的に蒸発するとき、その情報は消えてしまったかのように見える。これは、宇宙の論理における壊滅的なエラーである。

パステルスキ氏と彼女の同僚たちは、これを修正するために「セレスティアル・ホログラフィ（天体のホログラフィー）」と呼ばれる枠組みに取り組んでいる。このアイデアは、空間のボリュームに含まれるすべての情報は、その空間の境界にあるデータによって記述できるとする「ホログラフィック原理」に基づいている。スープ缶を想像してほしい。スープに関するすべての情報——温度、ニンジンの数、塩分濃度——は、理論上、外側に巻かれた二次元のラベルにすべて書き込めるはずだ。この視点において、我々の三次元の現実は単なる「バルク（塊）」であり、本物の「コード」は宇宙の端にある二次元表面に記述されている。

なぜホロメーターは空間の画素を見つけられなかったのか

もし宇宙が投影であるならば、空間自体にも解像度があるはずだ。デジタル写真を十分拡大すれば画素（ピクセル）のグリッドが現れるのと同様に、多くの理論物理学者は、時空は滑らかなものではなく「塊状」であると考えている。プランクスケール——約10のマイナス35乗メートルという最小の距離——では、現実の織り成す構造は粒状になるはずだ。2015年、フェルミ国立加速器研究所の研究者たちは、「ホロメーター」と呼ばれる装置を使ってこの粒状性を発見しようとした。これは、我々が低解像度の投影の中で生きていることを証明するはずの、宇宙のわずかな揺らぎ——「ホログラフィック・ノイズ」——を検出するために設計された、巨大なレーザー干渉計のペアであった。

実験は失敗に終わった。レーザーは安定したままで、彼らが検証していた感度レベルでホログラフィック・ノイズは検出されなかった。多くの人にとって、これは我々が文字通りのホログラムの中に住んでいるという考えに対する打撃となった。しかし、パステルスキ氏のような理論物理学者にとって、この結果は行き止まりではなく、洗練に向けたステップだった。それは「ソースコード」が画素化したスクリーンほど単純ではないことを示唆している。二次元の境界と三次元のバルクとのつながりは、より繊細なものなのだ。揺らぐ宇宙の証拠がなかったことは、ホログラフィック原理を否定するものではなく、単に宇宙がクレイグ・ホーガン氏とフェルミ研のチームが予想したような特定の仕方で「不具合（グリッチ）」を起こしているわけではないことを証明したに過ぎない。

これこそが、探求というものの反復的な性質である。特定のエラーを見つけるために機械を作り、それが見つからなければ、ホワイトボードに戻ってコードがなぜ予想以上に巧妙に隠されているのかを解明する。数学は依然として統合を要求しているため、緊張関係は続いている。例えば、暗黒物質（ダークマター）が存在することは、その重力が銀河を引っ張る様子から見て取れるが、その粒子自体の「コード」は見たことがない。我々はソフトウェアプログラムの効果を観察している一方で、それを実行させているテキストの行を見ることができずにいるのだ。

宇宙をその基盤まで削ぎ落とす

パステルスキ氏は自身の仕事を説明する際、よく「存在論的なパズル」と呼ぶ。宇宙の広大さを理解するために、ギリシャ文字と線積分で埋め尽くされた紙を見つめることに人生を費やさなければならないという事実は、ある種の皮肉を含んでいる。しかし、人間も探査機も決して訪れることのできない環境を調べるには、これしか方法がないのだ。宇宙の果てに行くことも、ブラックホールの中を旅して生き残ることもできないが、それらの極限状態を恐ろしいほどの精度で表現する数学的モデルを構築することはできる。

このアプローチには、瞑想に近いレベルの集中力が必要となる。パステルスキ氏は、三次元の空間と一次元の時間からなる、単純化された四次元宇宙の方程式が、時間そのものが消え去ったかのように何時間も流れ続けるような精神状態に入ることを語る。それは、木々、人々、光といった現実の「ユーザーインターフェース」を削ぎ落とし、その下に隠れた生の変数を見つけ出すプロセスである。もし我々がソースコードを見つけることができれば、宇宙がどのように始まったかを知るだけでなく、その最も根本的なレベルで何からできているのかを理解できるかもしれない。

成功した場合に何が起こるかという疑問もある。歴史を振り返れば、コードの新しい層を解明するたびに、人類は新しい世界を築いてきた。熱力学の法則の理解は蒸気機関をもたらし、電子の理解はコンピュータをもたらした。もし我々が重力と量子力学のコードを理解すれば、その工学的応用はSFに登場するどんなものをも超える可能性がある。単により良いロケットの話をしているのではない。時空そのものの構造を操作する能力の話をしているのだ。

遺産の重圧

「万物の理論」を求める探求には、世界で最も優秀な人々の人生をすりつぶしてしまうという性質がある。アインシュタインは人生最後の30年を統一場理論の探求に費やし、失敗した。パステルスキ氏がかつてハーバード大学のイベントで出会い、一緒にコンガラインで踊ったこともあるスティーヴン・ホーキング博士も、キャリアのすべてを同じ亡霊を追いかけることに捧げた。この遺産には押しつぶされそうな重みがあるが、パステルスキ氏はそれを自身のセスナ機（飛行機）の整備に当てたのと同じ、実利的な好奇心を持って見ているようだ。それは単なる、解決されるべき困難な問題に過ぎない。

この分野の研究コミュニティは非常に小さいが、深い協力関係にある。数学が非常に濃密であるため、進歩は少しずつ積み重ねられていく。ある研究者が二次元平面上での特定の粒子相互作用を記述する方法を発見すれば、別の研究者がそれを三次元の重力場にマッピングする方法を解き明かす。ゆっくりと、全体像が明確になり始める。彼らは、何十億年も実行され続けてきた巨大なオープンソース・プロジェクトに取り組む開発者のように、元のプログラマーの意図をリバースエンジニアリングしようとしているのだ。