[論文レビュー] Is the Multiverse Hypothesis capable of explaining the Fine Tuning of Nature Laws and Constants? The Case of Cellular Automata

Francisco José Soler Gil, Manuel Alfonseca|arXiv (Cornell University)|May 21, 2011

Cellular Automata and Applications参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、数学的 multiverse 内のセルオートマトン（特にコンウェイのゲーム・オブ・ライフ）を用いて、多宇宙仮説が物理法則や定数の微調整をどのように説明できるかを調査している。その結果、このようなシステムにおいて、私たちの宇宙のように安定的かつ定数的な法則を持つ宇宙が出現する確率は数学的にゼロであることが判明し、多宇宙仮説が微調整を十分に説明できないことを示唆している。

ABSTRACT

The objective of this paper is analyzing to which extent the multiverse hypothesis provides a real explanation of the peculiarities of the laws and constants in our universe. First we argue in favor of the thesis that all multiverses except Tegmark's <> are too small to explain the fine tuning, so that they merely shift the problem up one level. But the <> is surely too large. To prove this assessment, we have performed a number of experiments with cellular automata of complex behavior, which can be considered as universes in the mathematical multiverse. The analogy between what happens in some automata (in particular Conway's <>) and the real world is very strong. But if the results of our experiments can be extrapolated to our universe, we should expect to inhabit -- in the context of the multiverse -- a world in which at least some of the laws and constants of nature should show a certain time dependence. Actually, the probability of our existence in a world such as ours would be mathematically equal to zero. In consequence, the results presented in this paper can be considered as an inkling that the hypothesis of the multiverse, whatever its type, does not offer an adequate explanation for the peculiarities of the physical laws in our world. A slightly reduced version of this paper has been published in the Journal for General Philosophy of Science, Springer, March 2013, DOI: 10.1007/s10838-013-9215-7.

研究の動機と目的

• 本研究の目的は、多宇宙仮説が私たちの宇宙における物理定数や法則の微調整を本質的に説明できるかどうかを評価することである。
• 特にトーグマークの数学的 multiverse を含む、さまざまな multiverse の種類の説明力について、セルオートマトンを用いてモデル化することで評価することである。
• 本研究では、私たちの宇宙のように安定的かつ定数的な物理法則を持つ宇宙が、このような multiverse フレームワーク内で自然に出現できるかどうかを特定することである。
• セルオートマトン内で複雑で生命を支える構造が出現するかどうかを調査し、それが multiverse フレームワーク内でのこのような宇宙の出現確率が非ゼロであることを示唆するかを検討することである。
• 多宇宙仮説が微調整問題を解決するという主張を挑戦し、実際にそのような宇宙が数学的に極めて不確実であることを示すことで、微調整問題をより高い次元に移し替えるにすぎないことを明らかにすることである。

提案手法

• 著者たちは、数学的 multiverse 内の宇宙のアナログとして、特にコンウェイのゲーム・オブ・ライフを含む複雑なセルオートマトンをシミュレートした。
• 彼らは、時間経過に伴いこれらのオートマトン内で安定的かつ複雑な構造がどのように出現するかを分析し、物理的法則が一貫している宇宙の代理として扱った。
• 研究では、これらのシミュレートされた宇宙における法則や定数が時間に依存せず一定であるか、あるいは時間依存的であるかを検証し、私たちの宇宙における物理定数に類似した挙動を観察した。
• 著者たちは、統計的および計算的分析を通じて、このようなシステム内で定数的かつ生命を支える法則を持つ宇宙が観測される確率を計算した。
• 多宇宙仮説の説明的妥当性を評価するために、私たちの宇宙における物理法則の観察された安定性と照らし合わせた。
• 分析は、セルオートマトンが私たちの宇宙と強い類似性を示す場合、その統計的挙動を宇宙論的微調整に外挿できるという仮定に基づいている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多宇宙仮説、特にトーグマークの数学的 multiverse は、私たちの宇宙における物理定数や法則の微調整を説明できるか？
• RQ2 セルオートマトンの multiverse において、安定的かつ定数的な物理法則を持つ宇宙が出現する確率は何か？
• RQ3 複雑で生命に類似した挙動を示すセルオートマトンは、時間経過に伴い法則や定数が一定を保つ必要があるのか？
• RQ4 セルオートマトン内で複雑で安定した構造が出現することは、multiverse フレームワーク内でのこのような宇宙の出現確率が非ゼロであることを示唆するか？
• RQ5 多宇宙仮説は、微調整問題を単に再表現しているにすぎず、より高い次元に問題を移し替えるだけで、それを解決していないのだろうか？

主な発見

• セルオートマトンのシミュレートされた multiverse において、私たちの宇宙のように定数的かつ安定的法則を持つ宇宙が出現する確率は、数学的にゼロに等しい。
• コンウェイのゲーム・オブ・ライフのようなセルオートマトンにおける複雑で安定した構造の出現は、時間に依存するルールに依存しており、定数的でない。
• multiverse モデル内で複雑な挙動を示す宇宙は、本質的に法則や定数が不安定であるため、私たちの宇宙における観察された不変性と矛盾する。
• 多宇宙仮説は、定数的かつ生命を支える法則を持つ宇宙の存在を説明できないため、微調整を説明できない。
• 結果として、多宇宙、たとえ最も包摂的な形（トーグマークの数学的 multiverse）であっても、物理定数の微調整を説明する有効な手段ではないことが示唆された。
• セルオートマトンと現実の宇宙との類似性から、このような枠組みにおいて私たちの宇宙の安定性はあまりにも不確実であるため、多宇宙は真の説明とは見なせない。