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微調整された宇宙とは、電子の電荷や重力定数などの自然定数が少しでも異なっていたら「我々が知っているような生命」は存在し得なかったため、宇宙は生命のために特別に調整されているに違いないという仮説である。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]実際には、この仮説は無次元の物理定数に関連して定式化されている。[ 5 ]ビッグバン時またはその付近の宇宙のこれらの物理定数、パラメータ、および初期条件は、生命の出現と進化を可能にする上で重要な役割を果たした。[ 6 ] [ 7 ]素粒子物理学の標準モデルと宇宙論の標準モデルを合わせると約31の物理定数があり、 [ 7 ]それらは異常な精度を持っているように見える。[ 8 ]
1913年、化学者のローレンス・ジョセフ・ヘンダーソンは、宇宙の微調整を探求した最初の本の1つである『環境の適合性』を著した。ヘンダーソンは、生物にとって水と環境が重要であることを論じ、地球上に存在する生命は、地球の非常に特殊な環境条件、特に水の存在量と性質に完全に依存していることを指摘している。[ 9 ]
1961年、物理学者のロバート・H・ディッケは、宇宙に生命が存在するためには、重力や電磁気力などの物理学上の特定の力が完璧に微調整されていなければならないと主張した。[ 10 ] [ 11 ]
天文学者のフレッド・ホイルは、微調整された宇宙を主張した。「1953年以来、ウィリー・ファウラーと私は常に[...]の驚くべき関係に興味を抱いてきた。そして、あなたが固定するのは、これらのレベルが実際に発見された場所であるはずだ。[...]事実の常識的な解釈は、超知性が物理学だけでなく化学や生物学にも手を加えており、自然界には語るに値する盲目的な力は存在しないことを示唆している。」[ 12 ] 1983年の著書『知的な宇宙』[ 13 ]で、ホイルは次のように書いている。「炭素ベースの生命、ひいては人間の生命が存在し得ない非生物学的性質の見かけ上の偶然である人間的特性のリストは、膨大で印象的である。」[ 14 ]
微調整問題を解決したいという願望から、大型ハドロン衝突型加速器が超対称性などの標準模型を超える物理学の証拠を生み出すという期待が生まれたが、[ 15 ] 2012年までに、探査可能なエネルギー尺度で超対称性の証拠は得られなかった。[ 16 ]この証拠の欠如により微調整問題は未解決のままとなり、一部の物理学者は、標準模型は自然の説明ではなく、根本的に微調整を必要とする可能性があると示唆している。[ 15 ]
物理学者のポール・デイヴィスは、「宇宙はいくつかの点で生命にとって『微調整』されているという点で、物理学者と宇宙論者の間で広く合意が得られている。しかし、結論は宇宙が生命にとって微調整されているというよりも、生命が必要とする構成要素と環境にとって微調整されているということである」と述べた。[ 17 ]天体物理学者のルーク・バーンズは、微調整に関する科学研究の文献レビューを行い、微調整は世俗的世界観と非世俗的世界観の両方の物理学者によって一般的に認められていることを発見した。[ 18 ]デイヴィスはまた、「『人間原理的』推論は、生命が許容されるものの、かろうじて可能な最小限の生命親和性宇宙と、生命発生が頻繁に起こるため生命が繁栄する最適な生命親和性宇宙を区別できていない」と述べた。[ 19 ]証拠が説得力があると考える科学者の間では、人間原理の下で生存バイアスを導入する複数の宇宙の存在など、さまざまな自然的説明が提案されている。[ 5 ]
微調整された宇宙の主張の前提は、物理定数が非常に高度に秩序立っていて正確である（ゼロが多数含まれる桁数で、非ランダムまたは微調整された値を示している）ため、いくつかの定数のわずかな変化が宇宙を根本的に異なるものにするということである。[ 20 ]スティーブン・ホーキングは次のように述べている。「現在私たちが知っている科学の法則には、電子の電荷の大きさや陽子と電子の質量の比など、多くの基本的な数値が含まれている。...驚くべき事実は、これらの数値の値が生命の発生を可能にするために非常に微調整されているように見えることである。」[ 4 ]物理学者は、これらの物理定数の値を生み出したり説明したりする基礎となる理論や計算を見つけようとしてきた。[ 20 ]
例えば、強い核力が現在よりも 2% 強くなった場合 (つまり、その強さを表す結合定数が 2% 大きくなった場合)、他の定数は変更されないままであれば、二陽子は安定します。デイヴィスによれば、水素は重水素やヘリウムの代わりに二陽子に融合するでしょう。[ 21 ]これは星の物理を劇的に変化させ、おそらく地球上で観察されるような生命の存在を排除するでしょう。二陽子の存在は、水素が重水素にゆっくりと融合する過程を短絡させます。水素は非常に容易に融合するため、宇宙のすべての水素はビッグバン後の最初の数分で消費される可能性が高いです。[ 21 ]この「二陽子論」は、強さの増加が 50% 未満であれば、安定した二陽子が存在しても恒星の核融合は起こり得ると計算する他の物理学者によって異議を唱えられています。[ 22 ]
独立した物理定数がいくつあるのかまだ分かっていないため、このアイデアを正確に定式化することは困難です。素粒子物理学の標準モデルには25個の自由に調整可能なパラメータがあり、一般相対性理論にはさらに1つ、宇宙定数があります。宇宙定数はゼロではないことが知られていますが、その値は非常に小さいです。物理学者は量子重力の経験的に成功した理論を開発していないため、標準モデルが依存する量子力学と一般相対性理論を組み合わせる既知の方法はありません。[ 23 ]
標準模型の根底にあると疑われるこのより完全な理論を知らなければ、真に独立した物理定数の数を確定的に数えることは不可能である。いくつかの候補理論では、独立した物理定数の数は1つしかないかもしれない。例えば、宇宙定数は基本定数かもしれないが、他の定数から計算する試みも行われており、そのような計算の著者の一人によれば、「宇宙定数の値が小さいということは、素粒子物理学の標準模型のすべてのパラメータ、裸の宇宙定数、未知の物理の間に、驚くほど正確で全く予想外の関係が存在することを示している」[ 23 ] 。
素粒子物理学の標準モデルと宇宙論の標準モデルを合わせると、約 31 個の定数があります。[ 7 ]さまざまな背景を持つ物理学者によって広く認められている定数の中には、ビッグバンの頃またはその前後に固定されたもの (多くのゼロと桁数があり、非ランダムまたは微調整された値を示しています) があり、次のものが含まれます。[ 6 ] [ 20 ]
マーティン・リースは、宇宙の微調整を次の 6 つの無次元物理定数で定式化している。[ 1 ] [ 27 ]
マックス・テグマークは、時間次元が複数ある場合、関連する偏微分方程式の知識から物理システムの挙動を確実に予測することはできないと主張した。そのような宇宙では、技術を操作できる知的生命体は出現できない。さらに、陽子と電子は不安定になり、自身よりも質量の大きい粒子に崩壊する可能性がある。粒子の温度が十分に低い場合は、これは問題にならない。[ 32 ]
古い例としては、炭素12原子核の3番目に低いエネルギー状態であるホイル状態があり、そのエネルギーは基底レベルより7.656 MeV高い。[ 33 ]ある計算によると、この状態のエネルギーレベルが7.3 MeVより低いか7.9 MeVより大きい場合、生命を維持するのに十分な炭素が存在しないことになる。宇宙に炭素が豊富にあることを説明するには、ホイル状態をさらに7.596～7.716 MeVの値に調整する必要がある。さまざまなエネルギーレベルを生み出す基礎的な定数に焦点を当てた同様の計算では、炭素生成または酸素生成が大幅に低下するのを防ぐには、強い力を少なくとも0.5%の精度で、電磁力を少なくとも4%の精度で調整する必要があると結論付けている。[ 34 ]
観察された微調整の説明として、自然主義的および非自然主義的な議論が提案されている。 [ 6 ] [ 35 ]
宇宙が、それぞれ異なる物理現象や定数を持つ多数の（おそらく無限に多い）宇宙の1つに過ぎないとしたら、知的生命体にとって住みやすい宇宙が存在することは驚くべきことではない。したがって、マルチバース仮説のいくつかのバージョンは、あらゆる微調整に対する単純な説明を提供するが、[ 5 ] WangとBraunsteinの分析は、この宇宙が生命を支える能力において唯一無二であるという見解に異議を唱えている。[ 36 ]
マルチバースの存在を示す証拠はないものの、この理論のいくつかのバージョンは、 M理論や重力リークを研究する一部の研究者が予測しているものの、それらについても証拠はない。[ 37 ]マルチバースの概念は、人間原理に関する相当な研究につながり、万物の理論が物理定数が大きく異なる多数の宇宙を生成するように見えるため、素粒子物理学者にとって特に興味深いものとなっている。ローラ・メルシーニ＝ホートンによれば、WMAPのコールドスポットは並行宇宙の検証可能な事例を提供する可能性がある。[ 38 ]このアプローチのバリエーションには、リー・スモーリンの宇宙論的自然選択の概念、エキピロティック宇宙、バブル宇宙理論などがある。[ 37 ] : 220–221
より根本的な物理学が、現在の理解における物理パラメータの見かけ上の微調整を、それらのパラメータが取るであろう値を制約することによって説明できると主張する人もいる。ローレンス・クラウスが述べたように、「ある種の量は説明不可能で微調整されているように見えたが、それらを理解すると、それほど微調整されているようには見えない。私たちはある程度の歴史的視点を持つ必要がある」。[ 31 ]ヴィクター・J・ステンガーは、物理パラメータのランダムな選択によって、生命を宿すことができる宇宙が依然として生成される可能性があると仮説を立てている。[ 39 ]最終的な、万物の根本的な理論が、見かけ上の微調整の根本原因を説明する可能性があると主張する人もいる。[ 40 ] [ 31 ]パラメータは既知の宇宙の外では異なる値を持つ可能性があると仮説を立てる人もいる。[ 41 ] [ 42 ] : 3–33この仮説では、現実の別々の部分は大きく異なる特性を持つことになる。このようなシナリオでは、微調整の出現は弱い人間原理と選択バイアス、特に生存バイアスの結果である。地球のように生命に適した基本定数を持つ宇宙だけが、微調整の問題を考察できる宇宙を観測できる生命体を含むことができる。[ 43 ] Zhi-Wei WangとSamuel L. Braunsteinは、基本定数の見かけ上の微調整は、これらの定数の理解不足による可能性があると主張している。[ 36 ]
マルチバースの存在を示す経験的証拠はなく、反証可能な仮説とはみなされていない。[ 6 ] [ 44 ]天体物理学者は、マルチバース仮説には、代替宇宙を定義、観測、区別するために実際に何が必要かなど、数多くの科学的問題があると指摘している。 [ 7 ] [ 6 ]微調整を説明するためにマルチバースを持ち出すことは、逆ギャンブラーの誤謬の一種であると示唆されている。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]
スティーブン・ホーキングとトーマス・ヘルトッグは、宇宙の初期条件は多くの可能な初期条件の重ね合わせから成り、そのうちのごく一部だけが今日見られる条件に寄与したと提唱した。 [ 48 ]トップダウン宇宙論によれば、宇宙の「微調整された」物理定数は必然的である。なぜなら、宇宙は現在の状態につながる歴史のみを「選択」するからである。このようにして、トップダウン宇宙論は、マルチバースを持ち出すことなく、この宇宙が物質と生命を許容する理由について人間原理的な説明を提供する。[ 49 ]
生命の形成に関する微調整論の中には、炭素ベースの生命体のみが可能であるという前提を置くものがあり、この前提は炭素排他主義と呼ばれることもある。[ 50 ]概念的には、代替的な生化学や他の生命形態も可能である。[ 51 ]
シミュレーション仮説は、宇宙が微調整されているのは、より技術的に高度なシミュレーション操作者がそのようにプログラムしたからにすぎないと主張している。[ 52 ]
グラハム・プリースト、マーク・コリバン、ジェイ・L・ガーフィールドらは、「物理法則や宇宙の境界条件が現状とは異なるものであった可能性があった」という前提に反論している。[ 53 ]
科学者、神学者、哲学者、そして特定の宗教団体の中には、微調整は摂理または創造によるものだと主張する者もいる。 [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]天体物理学者のルーク・バーンズは、素粒子物理学と宇宙論の標準モデルの31の基本定数を変化させ、変異体では生命のある複数の宇宙は生じないと結論付けた。[ 7 ]キリスト教哲学者のアルヴィン・プランティンガは、単一の宇宙にランダムな偶然を適用すると、なぜこの宇宙が少なくともある場所（地球）と時間（現在から数百万年以内）で生命を支える正確な条件を持つほど「幸運」なのかという疑問が生じるだけだと主張している。
こうした一見すると途方もない偶然の一致に対する一つの反応は、宇宙は人格神によって創造されたという有神論的主張を裏付けるものと捉え、適切に抑制された有神論的議論の材料を提供するものとみなすことである。これが微調整論の根拠となっている。まるで、私たちの宇宙に生命が存在するためには、非常に狭い範囲内で調整されなければならない多数のダイヤルがあるかのようだ。これが偶然に起こる可能性は極めて低いが、神のような人格神が存在するならば、起こる可能性ははるかに高い。
—アルヴィン・プランティンガ、「ドーキンスの混乱：不条理な自然主義」[ 59 ]
哲学者でキリスト教弁証家のウィリアム・レーン・クレイグは、宇宙のこの微調整を、宇宙を支配する基本的な物理法則を操作（または設計）できる神または何らかの知性の存在の証拠として挙げている。 [ 60 ]哲学者で神学者のリチャード・スウィンバーンは、ベイズ確率を用いて設計の結論に達した。[ 61 ]科学者で神学者のアリスター・マクグラスは、炭素の微調整が自然が自らをあらゆる程度に調整できる能力の原因となっていると指摘した。
生物の進化過程全体は、炭素の特異な化学的性質に依存している。この性質により、炭素は自身や他の元素と結合し、地球上の一般的な温度で安定し、遺伝情報（特にDNA）を伝えることができる非常に複雑な分子を形成することができる。[...] 自然が独自の微調整を行っていると主張することもできるが、これは宇宙の原始的な構成要素が進化過程を開始できるようなものである場合にのみ可能である。炭素の独自の化学的性質は、自然が自らを調整する能力の究極的な基盤である。[ 62 ] [ 63 ]
理論物理学者で英国国教会の司祭であるジョン・ポルキングホーンは、「人間による微調整は、単なる幸運な偶然として片付けるにはあまりにも驚くべきものである」と述べた。[ 64 ]
神学者で哲学者のアンドリュー・ロケは、微調整と秩序に関する仮説には、(i)偶然、(ii)規則性、(iii)規則性と偶然の組み合わせ、(iv)原因なし、(v)設計の5つのカテゴリーしか存在せず、設計だけが宇宙の秩序を論理的に説明できると主張している。[ 65 ]彼は、カラーム宇宙論的議論は「設計者を設計したのは誰か？ 」という問いに答えることで目的論的議論を強化すると主張している。[ 65 ]
創造論者のヒュー・ロスは、微調整に関するいくつかの仮説を提唱している。[ 66 ] [ 67 ]その一つは、ロスが「生命毒」と呼ぶものの存在である。これは、大量に摂取すると有害だが、少量であれば動物の生命に不可欠な元素栄養素である。[ 68 ]
哲学者で神学者のロビン・コリンズは、有神論は、神が科学的発見が容易に起こるように構造化された現実を創造するという期待を伴うと主張している。コリンズによれば、効率的なエネルギー利用を可能にする微細構造定数、宇宙マイクロ波背景放射の発見を可能にするバリオン対光子比、ヒッグス粒子の検出を可能にするヒッグス粒子の質量など、さまざまな物理定数は、科学的発見のために微調整された物理法則の例である。[ 69 ]
進化生物学者のリチャード・ドーキンスは、神の存在が説明されず、微調整を計算できる神は微調整自体と同じくらいあり得ないことであるため、有神論的議論は「非常に不十分」であると退けている。[ 70 ]この主張に対して、有神論は単純な仮説であり、有神論者は神の存在が微調整と同じくらいあり得ないことを否定できると反論されている。[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]
強い力の強さがわずかに増加すると、二陽子と二中性子の結合によりビッグバン中のすべての水素が破壊され、私たちが知っている生命に壊滅的な影響を与えるという一般的な議論に反して、強い力結合定数の増加が約 50% 未満であれば、かなりの量の水素が残ることを示します。