私たちは長い間、宇宙を繋ぎ合わせる目に見えない糸の一つとして、重力が自然の基本的な力の一つであると当然のように考えてきた。しかし、これが真実でないと仮定してみよう。重力の法則は単に何かより根本的なものの反響に過ぎない、つまりコンピューターのようなコードの下で動作する宇宙の副産物であると仮定してみよう。
それが私の最新の研究の前提であり、『AIP Advances』誌に掲載された論文で示されている。この研究は、重力が物体を互いに引き寄せる神秘的な力ではなく、私が「情報力学の第二法則」と呼ぶ情報的な自然法則の産物であることを示唆している。これはSF小説のような概念に思えるかもしれないが、物理学と宇宙がコンピューターシミュレーションのように動作しているという証拠に基づいている。
デジタル技術においては、スマートフォンのアプリからサイバースペースの世界に至るまで、効率性が鍵となる。コンピューターはメモリとコンピューター能力を節約するために、常にデータを圧縮し再構成している。おそらく宇宙全体でも同じことが起きているのではないだろうか？
情報理論、つまり情報の定量化、保存、通信に関する数学的研究は、何が起きているかを理解するのに役立つかもしれない。元々は数学者クロード・シャノンによって開発されたこの理論は、物理学でますます人気を集め、増加する研究分野で使用されている。
2023年の論文で、私は情報理論を用いて「情報力学の第二法則」を提案した。これは、情報の「エントロピー」、つまり情報の無秩序レベルが、任意の閉じた情報システム内で減少するか静的なままでなければならないと規定している。これは、物理的なエントロピー、つまり無秩序が常に増加すると定める一般的な熱力学第二法則とは逆である。
冷めていくコーヒーカップを例に取ろう。エネルギーは熱いところから冷たいところへと流れ、コーヒーの温度が部屋の温度と同じになり、エネルギーが最小になる状態――熱平衡と呼ばれる状態――に達する。この時点でシステムのエントロピーは最大となり、すべての分子が最大限に広がり、同じエネルギーを持つ。これは液体内の分子あたりのエネルギーの分布が減少することを意味する。分子のエネルギーに基づく情報内容を考慮すると、最初の熱いコーヒーカップでは情報エントロピーは最大であり、平衡状態では情報エントロピーは最小となる。これは、ほとんどすべての分子が同じエネルギーレベルにあり、情報メッセージ内の同一の文字になるためである。つまり、熱平衡状態では利用可能な異なるエネルギーの分布が減少する。
しかし、エネルギーではなく位置だけを考えると、粒子が空間にランダムに分布している場合、情報の無秩序は大きい。それらを追跡するために必要な情報はかなりのものである。しかし、惑星、恒星、銀河がそうであるように、重力的引力の下で粒子が自らを統合すると、情報は圧縮されより管理しやすくなる。シミュレーションでは、システムがより効率的に機能しようとするとき、まさにこれが起こる。したがって、重力の影響下で流れる物質は、力の結果である必要はないかもしれない。おそらくそれは、宇宙が扱わなければならない情報を圧縮する方法の機能である。
ここでは、空間は連続的で滑らかではない。空間は、写真のピクセルやコンピューターゲームの画面上の四角形のような、情報の小さな「セル」で構成されている。各セルには、例えば粒子がどこにあるかという宇宙に関する基本的な情報が含まれており、それらすべてが集まって宇宙の構造を形成している。
この空間内に物体を配置すると、システムはより複雑になる。しかし、それらすべての物体が一つの物体になると、情報は再び単純になる。この見方では、宇宙は自然に最小の情報エントロピー状態を求める傾向がある。本当に驚くべきことは、この単純さへの傾向によって生じるエントロピー的な「情報力」が、私の論文で示されているように、ニュートンの重力法則と正確に等価であるということである。
この理論は、「エントロピー重力」の以前の研究に基づいているが、さらに一歩進んでいる。情報力学と重力を結びつけることで、宇宙が一種の宇宙的ソフトウェア上で動作している可能性があるという興味深い結論に導かれる。人工的な宇宙では、最大効率のルールが期待される。対称性が期待される。圧縮が期待される。
そして法則――つまり重力――がこれらの計算ルールから生じることが期待される。私たちはまだシミュレーションの中に生きているという決定的な証拠を持っていないかもしれない。しかし、より深く調べるほど、私たちの宇宙はますます計算プロセスのように振る舞っているように思える。
