思考実験学
思考実験を行う事によって、色々な物事の本質を解き明かす事ができます。ここでは、私が今までに行ってきた思考受験の中から、多くの方々が疑問をもつと思われるテーマを中心にご紹介します。
株式会社 空調服
代表取締役 市ヶ谷 弘司
思考実験の定義
単に技術上の問題で現在はまだ作れない物でも、相対論などの基本的原理に矛盾しなければ、思考実験の道具として使うことを可とし、その実験により得られた答えは真理とします。
＊ 生命の本質１〜４
１ 人間と柱時計
２ 生命の連続性
３ あなたは間違いなく神様です
４ コンピュータによる生命進化シミュレーション
＊ リンゴを切るとわかる相対論
＊ 宇宙とコンピュータ（情報子理論 これは証明でなくあくまで理論です）
＊ 宇宙の進化と次のビッグバン
生命の本質−１ 人間と柱時計
現在でも人間を冷凍保存する技術はあります。冷凍保存されている人間は意識もなく生命活動もしていないので、非常に複雑な構造を持っているが、明らかに魂のない物体です。その物体を解凍すると、その魂のない物体が、突然命のある人間に変身します。
柱時計と生命という奇抜な思考実験をしてみましょう。今では柱時計など相手にされませんが５000年前だったら想像する事すらできなかったでしょう。しかし人類は柱時計を作ってしまいました。
ここにぜんまいは巻かれているが振り子は動いていない柱時計があるとしましょう。またここに健康な人間が冷凍保存されているとしましょう。柱時計はまだ振り子が動いていないので時計の役目をはたしていません。また冷凍保存された人間も非常に複雑な構造をしているが、明らかに魂のない物体です。ここで柱時計の振り子を手で少しだけ動かしてみましょう。すると振り子はぜんまいの力で動き始め、時を刻む時計になります。一方冷凍保存された、細部まで生きている人間と同じ構造をしている魂のない物体は、解凍することにより魂が宿り、命のある人間になります。止まっている柱時計は手で少し動かすことにより時を刻む時計になり、冷凍保存された人間の構造をした複雑な物体は、解凍することにより命を刻む人間になります。
こう考えると両者の本質的な違いは、柱時計は時計として機能を果たすように精密に作られ物体であり、冷凍保存された人間は人間として機能を果たすように非常に複雑にできた物体であり、複雑さの程度が全く異なるという点です。
人工的に物体から生命を作ることは冷凍人間で可能になりますが、冷凍人間自体も、もともとは生きている人を冷凍技術により命のない物体にしたのだから、堂々と物体から生命を作ったとはいえません。しかし一個の細胞から完全な動物を作ることは今でも可能です。動物のＤＮＡから完全な動物を作る技術も時間の問題です。DNAは塩基のつながりなので化学的に合成できるようになるのも時間の問題です。
しかし私には意識などはどのように発生するのかわからない。同様に犬には柱時計がなぜ動くのかわからないでしょう。
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生命の本質−２ 生命の連続性
分子レベルで正確に３次元のコピーが可能なコピー機が出来たとしましょう。ここでまた繰り返しますが、技術上の問題で現在はできなくても、相対論などの基本的原理に矛盾しなければ、その思考実験の結果により導き出された答えは真理とします。２00年前にいた技術者が現在のカラーコピー機の作り方を想像するよりも、CTスキャンなどがある現代、3次元コピー機の作り方のほうが想像しやすいでしょう。
このような３次元コピー機を思考実験の道具として用いれば、１人の人間を何人でもコピーすることができます。誰がコピー元で誰がコピーされた人かは関係なく、例えば自分を１人コピーし、コピー元の自分を消去しても、コピーされた当人は何も気づかず、自分は自分であり連続して生きていると疑わないでしょう。
人間が連続して生きているか否かは肉体と記憶にあります。肉体に関しては整形技術もクローン技術もあるので、現在の技術水準でもあまり重要なことではなく、記憶のほうがより重要です。
要は自分がずっと連続して生きていると思っている事自体が連続して生きていることなのです。誰もが自分はずっと連続して生きていると思っているが、これは過去の記憶が連続しているためであり、記憶喪失、そのほかで記憶が書き換えられたらそうは思わないでしょう。
３０才双生児物語
一卵性双生児は、受精卵が２つに分裂し2つの命が誕生したのだから、受精したときの１つの命が分裂により２つの命になったということが出来ます。彼らは分裂後別々の体験をし、単にＤＮＡは全く同じで、身体的特徴もほとんど同じで、そのほかもよく似ているが、全く別の人間です。
ここで３０才双生児を思考実験してみましょう。
Ｋ氏は３０歳で、物事を合理的に考えられる知性の持ち主で、冒険好きな探検家だとしましょう。３次元コピー機ができたと言う事を知り、自ら人体実験に応募しました。コピー中に体が動いてしまうと正確なコピーができないので、麻酔をかけられコピー機に入れられました。コピーは成功し、この瞬間に４つの生命が誕生しました。分子レベルのコピーのため、新たに誕生した４人にも麻酔が効いています。コピー終了後Ｋ氏を含めた５人は研究所員により５つのベッドのある一室に運ばれ、別の研究所員により５つのベッドに寝かされました。（このようにして当人も研究所員も５人のうち誰がコピー元なのかわかりません）
同時に麻酔から目覚めた５人は自分がコピー元だと思うでしょう。やがて５人はほぼ同時にベッドから起き上がり、自分と同じ顔をした４人が、自分と同じように不思議そうな顔つきでほかの４人を見回しているのに気づき、もともと合理的な知性を持つ５人は、はたして自分がコピー元なのか否かの疑念にとらわれるでしょう。
さてここからは５人の行動には少しずつ差異が生じます。５人のうち真ん中にいる人はほかの４人を見るためには必然的に右を見たり左を見たり顔を動かすでしょう。両端にいる２人はあまり顔を動かさずにほかの４人を見つめられます。
やがて５人はベッドから起き上がり会議室に集まり話し合いを始めるでしょう。最初にしなければならないことは１人１人を区別するために名前をつけることです。もともとの彼らの名前はＫなので、ベッドに寝かされていた順番からＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５と名づけることにしました。もともと合理的な知性を持つ５人は、コピー元が誰であるかを知ることは不可能で、誰であるかなどは意味がなことに気づきました。
彼らはもともと探検家であるので、彼らが探検したいと思っていたところを５ヶ所選び、１０年後に再会することを約束し、くじ引きでそれぞれの行き先を決めました。その後Ｋ１氏とＫ２氏は結婚し、Ｋ３氏は冬山で凍傷を負い指先を失い、Ｋ４氏は探検中に山から転落して顔に傷を負い、基本的にはそっくりでも外見的にも差異を生じているでしょう。
１０年後に約束どおり再会した５人はこの１０年間の話や家族のことや、さらに共通の３０年間の思い出話などを話するでしょう。ただし３０年間１人の共通の人間であったにもかかわらず、その後の１０年間に別々の人生を歩むうちに、共通していたはずの３０年間の記憶にも少しずつ差異を生じている事でしょう。
私には分子レベルの３次元コピー機をどのように作るかなど想像だにできないが、３０才双生児についてはあまり違和感なく受け入れることができます。３０才双生児と同様な方法で５歳双生児を誕生させたなら、もともと５歳以下の記憶などほとんどないので、彼らが二十歳になるころには一卵性双生児とほとんど同様なもので、より受け入れやすくなります。
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生命の本質−３ あなたは間違いなく神様です
「クレオパトラの鼻が・・・・歴史が変わった」という話がありますが、もし誰か、Ｋさんとしましょう。Ｋさんは会社員で、会議中に鼻が痒くなったとしましょう。鼻をかくのも掻かないのもＫさんの自由です。しかしながら鼻をかくか、かかないか、により少なくとも200年後に生存する人はすべて別の人になってしまいます。
現実世界の動きは全てが時間の関数であり、時間とともにその影響が拡大します。Ｋさんが鼻をかくことにより、それを見ていた人が何らかの影響を受け、その結果会議の終了時間が1秒長くなる。するとその会議に出席した人と、その人たちとすれ違う人たちの行動にもすべて影響を及ぼし、帰社時間などに影響を与える。すると電車で帰る人の行動にも影響し、鼻をかかなければ3号車に乗るはずの人が5号車に乗るなど、爆発的に拡大する。さらにその電車に乗っている人たち、さらにその人たちとすれ違う人たちにも影響が拡大し、その人の中で夜の営みをする人の，営みのタイミング等に影響を与え、Ｋさんが鼻をかいたことにより別の子供が生まれてしまう。その後の影響についてはここで説明するまでもないでしょう。
Ｋさんが鼻をかくことによる２００年後の未来への影響について論じてきましたが、そんなに遠い未来でなくても、物事の影響は光速で伝達するので、地球上に新たに誕生する生命に関しては、１０秒後には１％、１００秒後には１０％、１０００秒後には９９．９％に影響を及ぼすかもしれません。
全てのものごとが時間の関数であることは、生命が介在しなくても同じで、何らかの変化による影響は、けして収束せずに拡大し続けます。
たとえば理想ビリヤードを考えてみましょう。これは真空中に非常に大きなビリヤード台があり、台の中央に1から10万の番号が印刷された、10万個の的玉が下図のように置かれており、玉と台との間にまったく抵抗がなく、また玉と玉や、玉と壁との衝突は完全弾性とします。
ここに大きく重い手玉を1番玉の中央に高速で衝突させて、その後の動きを１０秒間観察し、ビデオに記録しておきましょう。10万個の的玉と手玉は、別の玉に衝突したり、壁に衝突したりして複雑に動き続けます。たとえば理想ビリヤードを考えてみましょう。これは真空中に非常に大きなビリヤード台があり、台の中央に1から10万の番号が印刷された、10万個の的玉が下図のように置かれており、玉と台との間にまったく抵抗がなく、また玉と玉や、玉と壁との衝突は完全弾性とします。
ここに大きく重い手玉を1番玉の中央に高速で衝突させて、その後の動きを１０秒間観察し、ビデオに記録しておきましょう。10万個の的玉と手玉は、別の玉に衝突したり、壁に衝突したりして複雑に動き続けます。
次に上記とまったく同じ状態に10万個の的玉を配置し、今度は手玉を1番玉の中央から0.0001ｍｍ外れたところに衝突させて、１０秒間ビデオに記録しておきましょう。こうして記録された２つのビデオを比較してみると７秒までは全く変化は確認できず、８秒後にわずかな変化が確認され、その後急速に変化が拡大し、１０秒後の各玉の位置は全く異なったものとなります。ここで７秒間変化が観察されなかったのは、あまりにもその差が小さく、ビデオでは差が確認できなかっただけであり、８秒後に始めて目で確認できるまでになった、ということです。
このように生命の介在しない世界でも、物事がわずかに変化することによる影響は拡大し続け、ましてや生命、それも意識を持つ知的生命がそこに介在すると、さらに複雑に拡大します。
NHKの人気番組に「そのとき歴史が動いた」という番組があるが、これは「そのとき歴史が目立った」とあるべきで、実際に歴史を動かしているのは、権力者であれ誰であれ、数学的な意味ではほとんど同程度に未来を動かしているといえます。
たとえば１８６０年２月３日の午後３時２１分３５秒に・・村の・・が畑で小便をしようとしたとき、ウサギが飛び出してきたのに驚き、�ゞ辰�ながらもそのまま小便を続けた。��驚いて半歩下がって小便を続けた。�，�現実に起こったことであり、もしそれが�△吠僂錣辰討い燭藐什澆寮こΔ両�況は全く違ったものになっている。宇宙から地球を見た様子はあまり変化がないかも知れないが、少なくても現在地球上に生存している人は誰もいなく、代わりに全く別の人が存在している。ヒトラーもアインシュタインも現れず、多分日本は日本として存在しているだろうが、もしかしたら日本は今の北朝鮮のような政治体制になっていたかもしれない。
アメリカの大統領であろうと、誰であろうと、その人の行動は権力の大小にほとんど関係なく、未来に大きく関与している。したがってあなたの行動一つ一つが未来を大きく変えていくので、あなたは間違いなく未来を決める神様です。
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生命の本質−４ コンピュータによる生命進化シミュレーション
理想コンピュータというものを考えて見ましょう。理想コンピュータとは容量も演算速度も自由に設定できるコンピュータです。しかし相対性理論から信号の伝達速度の上限は光速なので、特に演算速度の点で理想コンピュータというものはあり得ません。かわりに準理想コンピュータを考えて見ましょう。これは性能がとてつもなく大きなコンピュータのことです。準理想コンピュータは現在のコンピュータに対し、とてつもなく高性能なだけなので、今後は単にコンピュータと呼ぶことにします。
同一仕様のコンピュータを2台用意して次のようなプログラムを作りましょう。
まず生物の進化しやすい環境を作ります。ある程度の大きさを持った、でこぼこのある地表面を設定します。地表面だけに生物が繁殖するようにしましょう（地下や空までシミュレーションしようとすると、大変だから）。地表面には風が吹いています。風向きや風速は乱数を複雑に組み合わせて色々と変化するように工夫しましょう。地表面の中央部に餌に相当する小さな粒をうずたかく積んでおきましょう。餌のそばに最初の原始生命体を100万個置きます。最初の原始生命体はA1と名づけます。A1は餌を食べて一分後にA1自体を2個コピーして、その後すぐに死に、餌に戻るようにします。風によりA1や餌は地表面を動き回るようにします。風により運悪く餌の無い所に運ばれたA1は、餌を食べられずに死んで餌に戻ります。A1は餌を食べて一分後にA1自体を2個コピーして、その後すぐに死ぬように一つ一つが独立にプログラムで記述されています。しかしこのままではＡ１は進化しません。
地球の生物が進化を続けたことの説明として、「放射線が生物の遺伝子を書き換え、都合の良い方向に書き換えられたものが生き残り進化した」との説がありますが、このＡ１を進化させるために同じような手法を行ってみましょう。地球上で起こった放射線による遺伝子の組み換えと同じように、乱数発生プログラムを複雑に組み合わせて、地表面に放射線攻撃を行うようにしましょう。
放射線による影響は餌などには及ばず、プログラムで個別に記述された生物の記述プログラムにのみ影響を与えるようにつくります。このようにすると運悪く放射線を浴びたＡ１は、自分を記述しているプログラムの一部を書き換えられてしまうため、ほとんどの場合は死んでしまいますが、極まれにＡ1のプログラムが都合の良い方向に書き換えられることがあります。例えば「A1自体を2個コピーしてすぐに死ぬ」を、2個のところを3個になるように書き換えられる場合などです。このように書き換えられることによりＡ1よりも生命力が強いＡ２が誕生します。このように作ったプログラムを１台のコンピュータに入れ演算を開始しましょう。
進化が始まりＡ２やＡ３が出来ました。高等なプログラム生命を発生させるためには、プログラムに色々な工夫が必要ですが、不可能なことではありません。途中で死に絶えたらその原因を突き止めプログラムを工夫して再トライしましょう。死に絶えないように工夫すれば、たぶん進化していくと思います。進化しても単純な生物しかできない場合は、放射線攻撃のほかに別の仕掛けをしてみましょう。進化の途中では、最初に用意した餌だけでなく、小さな生物を餌とする、より大きな生物が誕生すると思います。とにかく思いどおりに行かなかったときは、その原因を分析してまたやり直しましょう。
コンピュータを動かしている途中で条件を変え、それにより進化したなら、そのときの条件「演算を開始してから何回の演算の後に、どのように変更したのか」を書きとめておき、そのことも初期条件に取り込んでやり直しましょう。色々工夫することにより思いどおりに進化するようになります。どう見ても人間のように振る舞い、どう見ても意識があり、感情があるプログラム生命が誕生したら、そのプログラムをもう一台のコンピュータにコピーして、2台のコンピュータで同時に、最初からやり直してください。
コンピュータは同一仕様で、ソフトも同じなら全く同じように進化してゆきます。ここで一台のコンピュータの演算速度を上げてみましょう。どう見ても人間のような、あるいはそれ以上に知性があるように見える生命が誕生したら、その動きを観察しましょう。そのなかには「自分はどうしてここにいるのだ、この世はどのように出来ているのだ」と考え始める者もいるかもしれません。しかしそれを外部からモニターしているだけでは、彼らに意識があるのか否かは、はっきりとはわかりません。それではきりがないので次のように決めましょう。
「もし彼らが地面に数式でも書き始めたら」、「もし彼らが彼らの言語で話し合うようになったら」、「もし彼らが自分の考えたことを何かに書き始めたら」彼らには我々と同じように意識も感情も魂もあることにしましょう。
もう一台のコンピュータもスピードを上げ彼らの動きを観察すると、2台のコンピューター上の知的生命体は全く同じ動きをします。全く同じ仕様のコンピュータに全く同じプログラムを入れれば、結果は同じになるのは当たり前です。いくら知的な生命がプログラム上に誕生しても、彼らの未来は完全に確定しています。しかし完全に確定しているからといって彼らに魂がないと決め付ける事はできません。
現実世界が確定しているか否かは別として、たとえ確定していても、意識のある魂のある我々がここにいます。
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リンゴを切るとわかる相対性理論
相対論のＥ＝ＭＣ＾2はなんと言う美しいシンプルな式であろうか。この式はちょっと考えればごく当たり前のことである。例えばりんごをナイフで半分に切ることを考えればすぐわかる。
物理において基本的な２つの物事に何の関係もないとは考えずらい。そこでエネルギーと質量との間の関係式を考えると、リンゴをナイフで半分にしても何も起こらないということは、エネルギーと質量が比例していることに他ならない。もし別の関係だったらエネルギーの大発生か、大吸収かが起こるはずであり、E=M＊K(Kは乗数)となるしかあり得ない（乗数は無視しますが、もしE=M^２で、リンゴが１００グラムだとしたら、ナイフで切る前のリンゴのエネルギーは１００００であり、半分に切ったら５０グラムのリンゴが２個できるので、エネルギーは２５００+２５００=５０００となり、切った瞬間に１００００−５０００＝５０００のエネルギーが放出されることになる。しかしＥ＝Ｍならば、リンゴを切る前のエネルギーは１００であり、半分に切っても５０+５０=１００となり何も起こらない）。
ここで高校時代に化学で習った「質量保存の法則」を思い出してください。「化学反応の前後ではその反応に関与した物質の総重量は変化しない」とある。例えば水素を燃やして熱エネルギーを取り出しても、反応前の水素と酸素の総重量と、燃やした後にできる水の総重量は変わらないと言うことで、これは熱エネルギーを取り出しても総重量の変化は測定出来ないぐらい小さいことを意味し、逆に言えばほんの少しの質量から莫大なエネルギーを取り出せることなので、E=M＊K のKは非常に大きいことがわかる。
ただしリンゴをナイフで切ってもKがC^２だということはわからない。
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宇宙とコンピュータ（情報子理論）
全ての物質はその物質を表す情報を持っている。物と物との反応は、その物が持っている情報同士の演算と考えることができる（反応=情報同士の演算）。情報子とは、各種の素粒子や、光子、電子、原子、分子などに情報という文字を付け加えたもので、電子なら電子情報子となります。分子等複雑な物質を表す情報子の情報量は膨大な量になります。
コンピュータは３２bit、64bitのようにワード長を持っていて、演算の精度が決まっている。ここで理想コンピュータを考えてみよう。容量は限りなく大きく、演算速度も光速の範囲内で限りなく速く、ワード長も限りなく大きい。
理想コンピュータを用いて、たとえば気象をシミュレーションしてみよう。初期条件が同じなら、何回繰り返しても、演算結果は同じである。すなわちコンピュータは初期条件を設定した段階で、解はすでに決まっていて、単に演算に時間が関与する計算機だといえる。
ところでビッグバン後の宇宙はどうかというと、宇宙という膨大なコンピュータの中で各情報子の情報に基づいて膨大な演算を行い続けている。その情報子の最小単位は、コンピュータの最下位ビットほど単純なものではないが、量子力学的な最小単位を持っている。コンピュータの場合、最小単位以下は切り捨てられてしまうが、情報子による演算も、情報に最小値があるならば、最小値以下のものはあり得ないから、切捨てと同様な振る舞いがあると考えるのが自然である。もしそうならば、ビッグバン後の宇宙についてもコンピュータと同様に、一義的に未来が決まっていると考えたほうが自然である。
ここで厄介なのは生命の出現、特に知的生命の出現である。知的生命は宇宙という膨大なコンピュータの演算を不確定にしてしまうか否かである。 ただしこれだけは明確に言うことができる。生命が誕生したのは、宇宙の中の出来事であり、知的生命が誕生したからといって宇宙の大原理が変化する訳はない。
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宇宙の進化と次のビッグバン
ビッグバン後の宇宙は１００分の１秒後には大量の光子、ニュートリノ、電子、少量の陽子、中性子が混ぜこぜになっていて、宇宙が膨張して冷えていくと、水素やヘリウムの原子核が出来て、その後は水素やヘリウム原子が出来、次にもっと複雑な原子が出来、分子が出来、無機物が出来、一部の宇宙空間に有機物が出来、一部の惑星に自己コピー機能を持った物質が出来、地球に生物が誕生し、脳を有する動物が誕生し、人間が誕生しました。
このようにビッグバン後、時間の経過と共に宇宙は複雑化し、その複雑化のなかに人類が誕生し、これらはみな宇宙の大原理の中での出来事であり、人類は特殊な存在とはいえても、その大原理から抜け出た特別なものでは決してありません。自己コピー機能を持った物質が出現した事により生命の進化か開始し、その結果として出現した人類は技術を持ち、その技術が進歩し、事は大いに複雑になり、あまりにも複雑になりすぎたため、次のステップとして何が起こっても不思議でない。
ややＳＦ的になるが人類が誕生してからの続きのストーリーは、「もし人の脳を改良することが倫理的に許されるようになったら」、あるいは「自分自身を改良する能力を有するロボットができたら」、あるいは「自分の能力を改良して、自分の２倍の能力を有する次世代のロボットを作ることが出来るロボットができたら」（この場合20世代目には約100万倍の能力になる）、技術膨張のビッグバンが起こり、その先どのようなことが起きてもおかしくありません。
宇宙のビッグバンの後、次々に複雑な物質が誕生し、ついに人類の誕生にいたりましたが、各段階で次に移行する直前の状態を臨界状態とよぶことにすると、今まさに臨界状態で、この先100年か200年の間に何が起こるかわかりませんが、そこには人間が関与していることだけは確かです。どうも宇宙は時間とともに複雑さを増す方向に進化し続けるようです。
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