[論文レビュー] Multiverses and Cosmology: Philosophical Issues

W. R. Stoeger, George Ellis+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2004

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 34被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、宇宙論における多宇宙理論の哲学的・物理的基盤を検討し、すべての可能な宇宙と実際に実現された多宇宙の違いを明らかにする。著者は、物理的に生成された有限な集合体—分布関数と測度によって支配されるもの—のみが人間中心的推論を支えることができると主張するが、このような多宇宙は検証不能であり、形而上学的に問題をはらんでいるため、多宇宙仮説の科学的立場に疑問を呈する。

ABSTRACT

The idea of a multiverse -- an ensemble of universes or universe domains -- has received increasing attention in cosmology, both as the outcome of the originating process that generated our own universe, and as an explanation for why our universe appears to be fine-tuned for life and consciousness. Here we carefully consider how multiverses should be defined, stressing the distinction between the collection of all possible universes, and ensembles of really existing universes, which are essential for an anthropic argument. We show that such realised multiverses are by no means unique, and in general require the existence of a well-defined and physically motivated distribution function on the space of all possible universes. Furthermore, a proper measure on these spaces is also needed, so that probabilities can be calculated. We then discuss several other major physical and philosophical problems which arise in the context of ensembles of universes, including the emergence and causal effectiveness of self-consciousness, realized infinities, and fine- tuning, or the apparent need for very special initial conditions for our universe -- whether they or generalized generic primordial conditions are more fundamental. Then we briefly summarise scenarios like chaotic inflation, which suggest how ensembles of universe domains may be generated, and point out that the regularities which must underlie any systematic description of truly disjoint multiverses must imply some kind of common generating mechanism. Finally, we discuss the issue of testability, which underlies the question of whether multiverse proposals are really scientific propositions.

研究の動機と目的

• すべての可能な宇宙と物理的に実現された多宇宙の違いを明確にすること。これは人間中心的推論にとって不可欠である。
• 可能な宇宙の空間上で確率を割り当てるために、明確に定義された分布関数と測度の必要性を検討すること。
• 多宇宙仮説の科学的立場を評価すること。特に、検証可能かどうか、科学的であるのか、それとも形而上学的であるのかを問うこと。
• 実現された無限性の意味と、初期条件および法則の根本的性質が多宇宙宇宙論に与える影響を調査すること。
• 混沌的インフレーションや弦理論のランドスケープといった多宇宙シナリオが、微調整問題に対する科学的に有益な代替案を提供できるかどうかを評価すること。

提案手法

• すべての可能な宇宙の集合体（$\mathcal{M}$）と、初期過程または宇宙的原理によって生成された物理的に実現された多宇宙の区別。
• $\mathcal{M}$ 上に分布関数を導入し、実現された多宇宙の統計的性質を定義すること。
• 可能な宇宙の空間に測度を適用し、人間中心的条件の確率を計算すること。
• 混沌的インフレーションや弦理論のランドスケープを、多宇宙集合体を生成する物理的メカニズムとして分析すること。
• 多宇宙仮説の検証可能性を評価し、新しい、反証可能な予測を導くかどうかを検討すること。
• 実現された無限性の哲学的含意を検討し、有限な集合体のみが物理的に意味を持つと主張すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙論における多宇宙の正しい定義とは何か。可能な宇宙と実現された宇宙の違いは何か。
• RQ2 確率的推論を可能にするために、可能な宇宙の空間上で明確に定義された測度と分布関数をどのように確立できるか。
• RQ3 可能な多宇宙と実現された多宇宙の違いが、人間中心的議論においてなぜ重要なのか。
• RQ4 多宇宙仮説は科学的に検証可能なのか。それとも形而上学的推測に帰着するのか。
• RQ5 実現された無限性が、多宇宙理論の物理的・哲学的整合性に与える影響は何か。

主な発見

• 実現された多宇宙は一意的ではない。そのメンバー同士に因果的関係や「法則の法則」が存在する必要がある。
• 多宇宙の存在自体は人間中心的推論に十分ではない。分布関数と測度が明確に定義された多宇宙でなければ、微調整の確率的説明は成立しない。
• 人間中心的宇宙は、可能な宇宙の全空間の中では極めて小さな部分集合を占める。これは、微調整が実現された集合体においても依然として特徴的であることを示唆する。
• 多宇宙仮説は、なぜこの特定の多宇宙が他のものではなく存在するのかという根本的問いを解決しない。これは原因の帰納的連鎖を引き起こす。
• 多宇宙における実現された無限性は問題である。本論文は、物理的に意味のあるのは有限な集合体に限ると主張する。
• 多宇宙仮説の科学的立場は依然として疑問視される。検証可能な予測が欠如しているため、現時点では科学的仮説ではなく、形而上学的仮説として機能していると考えられる。