現実の織物 | パラレル・ユニバースの科学とその意味するもの / 万物の理論 -デイヴィッド・ドイッチュ

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序文
万物の理論（Theory of Everything）

序文

本書で紹介する世界観の動機はただ一つ、一連の驚くべき科学的発見のおかげで、我々は現実の構造について非常に深い理論を持っているということである。もし私たちが世界を表面的なレベル以上に理解しようとするならば、先入観や世間体、常識ではなく、それらの理論や理性によって理解しなければならない。私たちの最高の理論は、常識よりも真実であるだけでなく、常識よりもはるかに理にかなっている。単に各分野の実用的な基礎としてではなく、世界の説明として真剣に受け止めなければならない。そして、この二つを単独で考えるのではなく、密接に関連しながら共同で考えることで、最大の理解が得られると私は信じている。

最も優れた、最も基本的な理論に基づいて、合理的で首尾一貫した世界観を形成しようとするこの提案は、まったく目新しいものでもなければ、議論の余地があるものでもないように思われるかもしれない。しかし、実際にそうなのだ。その理由の一つは、これらの理論のそれぞれが、真面目に考えると非常に直感に反する意味合いを持っているからである。その結果、これらの理論をその場しのぎで修正したり、再解釈したり、適用範囲を恣意的に狭めたり、あるいは、単に実際に使ってはいるが、そこからより広い結論を引き出さないことによって、その意味合いに直面しないようにする、あらゆる種類の試みが行われてきた。私はこれらの試みのいくつかを批判するが（いずれもあまりメリットはないと思う）、それは理論そのものを説明するのに便利な方法であるときだけである。本書は、これらの理論を擁護することが第一義ではなく、もし理論が真実であったなら、現実の構造はどのようなものになるかを調査することが目的だからである。

万物の理論（Theory of Everything）

私は小さい頃、「昔はまだ、よほど学問のある人でないと、知られていることをすべて知っていることはできなかった」と言われたことを覚えている。しかし、現在では、あまりにも多くのことが知られているため、長い人生をかけても、そのごく一部しか学ぶことができないだろうと言われている。後者は、私を驚かせ、失望させた。実際、私はそれを信じようとはしなかった。自分の不信感をどう正当化すればいいのか分からなかった。しかし、そんなことは望んでいないことは分かっていたし、古代の学者たちを羨ましく思っていた。

別に百科事典に載っているような事実を全部覚えたいわけではなく、逆に事実を覚えるのが嫌だった。そういう意味で、知られていることをすべて知ることができると期待していたわけではない。毎日、人が一生かかっても読み切れないほどの出版物が発行されているとか、甲虫は60万種も知られているとか、そんなことを言われても、別にがっかりはしない。スズメの一羽一羽の落下を追跡しようとは思わなかった。また、あらゆることを知っているとされる古代の学者が、そのようなことをすべて知っているとは思ってもいなかった。私は、何をもって「知っている」とするのか、もっと峻別した考え方をもっていた。それは、「わかる」ということである。

一人の人間が、理解されていることをすべて理解できるかもしれないという考えは、まだ幻想的に見えるかもしれないが、一人の人間がすべての既知の事実を記憶することができるという考えよりは、明らかに幻想的ではない。例えば、惑星の運動のような狭いテーマでさえ、既知の観測データをすべて記憶することは誰にもできないが、多くの天文学者は、それらの運動が理解されている範囲内で、それらの運動を理解している。このようなことが可能なのは、{1}理解が事実の多くを知っていることに依存するのではなく、正しい概念、説明、理論を持っていることに依存するからである。比較的単純で理解しやすい一つの理論が、消化不良の事実の無数をカバーすることができる。惑星運動の理論としては、20世紀初頭にニュートンの重力と運動に関する理論に取って代わったアインシュタインの一般相対性理論が最も優れている。この理論は、原理的には、すべての惑星運動だけでなく、重力の他のすべての影響も、我々の最も精度の高い測定値の限界まで正しく予測することができる。理論が「原理的に」何かを予測するということは、たとえ実際にその予測のいくつかを生み出すのに必要な計算量が大きすぎて技術的に実現できないとしても、あるいは、我々が発見した宇宙でそれを実行することが物理的に不可能であっても、その予測が理論から論理的に導かれるということである。

物事の予測や記述ができることと、それがどんなに正確であっても、それを理解することとは全く別物である。物理学における予測や記述は、しばしば数式で表現される。もし私が、時間と気力があれば、天文学の記録にあるどんな惑星の位置でも計算できるような数式を記憶していたとしよう。天文資料を直接暗記するのと比べて、一体何が得られるだろうか。公式を覚えるのは簡単だ。しかし、公式から計算するよりも、公文書館で数字を調べる方がもっと簡単な場合もある。しかし、この公式の本当の利点は、アーカイブされたデータ以外にも、例えば将来の観測結果を予測するために無限に利用できることである。また、アーカイブデータには観測誤差が含まれているため、より正確に過去の惑星の位置がわかるかもしれない。しかし、この公式は、アーカイブよりも無限に多くの事実を要約しているにもかかわらず、それを知ることは、惑星の運動を理解することにはならない。事実は、紙に書き出したり、記憶したりするのと同じように、数式にまとめただけでは理解できない。説明されて初めて理解できるのである。幸いなことに、我々の最も優れた理論は、正確な予測とともに、深い説明を具現化している。例えば、一般相対性理論は、重力を{2}曲がった空間と時間の新しい4次元幾何学で説明する。そして、この幾何学が物質にどのような影響を与え、また物質からどのような影響を受けるかを正確に説明している。惑星の運動に関する予測は、この説明から導かれる結果の一つに過ぎないのである。

一般相対性理論が重要なのは、ニュートンの理論よりも惑星の運動を正確に予測できることではなく、空間や時間の湾曲など、これまで疑われていなかった現実の側面を明らかにし、説明することなのである。これは科学的説明の典型的な例である。科学理論は、私たちが経験する対象や現象を、私たちが直接経験しない根底にある現実という観点から説明する。しかし、私たちが経験することを説明できることが、その理論の最も価値ある属性ではない。その最も価値ある属性は、現実の構造そのものを説明することである。これから見るように、一般に人間の思考が持つ最も価値ある、重要な、また有用な属性の一つは、現実の構造を明らかにし説明する能力だ。

しかし、一部の哲学者、さらには一部の科学者は、科学における説明の役割を軽んじている。彼らにとっては、科学理論の基本的な目的は何かを説明することではなく、実験の結果を予測することであり、その内容の全てはその予測式にある。彼らは、理論がその予測に対してどのような一貫した説明を与えても、予測が正しい限り、他の説明と同じであり、あるいは全く説明がないのと同じであると考える。このような考え方は道具論と呼ばれている（理論は予測をするための「道具」に過ぎないと言っているからである）。道具論者にとって、科学が私たちの観察を説明する根本的な現実を理解することを可能にするという考えは、誤りであり驕りである。科学理論が実験結果を予測する以上のことを言っても、それが空虚な言葉以上のものになるとは思えないのである。特に説明は、心理的な小道具にすぎず、記憶に残りやすくするために理論に組み込む一種のフィクションであり、エンターテインメントだと考えている。ノーベル賞を受賞した物理学者のスティーブン・ワインバーグは、アインシュタインの重力に関する説明について次のような驚くべきコメントをしたとき、道具立て主義者の気分になっていたそうである。{3}

重要なのは、天文学者の写真プレート上の像やスペクトル線の周波数などについての予測を立てることができることであり、これらの予測を、（アインシュタイン以前の物理学のように）惑星や光子の運動に対する重力場の物理的効果に帰するのか、空間と時間の曲率に帰するのかは単に重要ではない。(重力と宇宙論、p.147）。

ワインバーグや他の器械論者は間違っている。天文学者が撮影した写真に写っているものを何に見立てているかは重要であり、それは私のような理論物理学者にとってのみならず、世界をよりよく理解したいという願望から理論を構築し研究している者にとっても重要だ。(私のような理論物理学者だけでなく、理論を構築し、研究するモチベーションは、世界をよりよく理解したいという欲求にある（ワインバーグのモチベーションもきっとそうなのだろう。）純粋に実用的な用途であっても、理論の説明力が最も重要であり、予測力はあくまで補助的なものだからだ。もしこれが意外に思えるなら、地球外の科学者が地球を訪れ、あらゆる実験の結果を予測することができる超ハイテクな「神託」を与えてくれたが、何の説明もしなかったと想像してみてほしい。道具論者に言わせれば、その神託を手にした我々は、もう科学的理論には何の役にも立たず、自分自身を楽しませるための手段としてしか利用できないはずだ。しかし、それは本当だろうか？神託は実際にどのように使われるのだろうか。ある意味で、神託には、例えば恒星間宇宙船を作るのに必要な知識が含まれているだろう。しかし、その知識は、宇宙船を作るのに、あるいは同じ種類の別の神託を作るのに、あるいはよりよいネズミ捕りを作るのに、いったいどのように役立つのだろうか？オラクルは実験の結果を予言するだけである。したがって、オラクルを使うためには、まず、どのような実験についてオラクルに質問すればよいかを知らなければならない。例えば、宇宙船の設計と試験飛行の詳細を与えれば、その宇宙船がどのような飛行をするか教えてくれるかもしれない。しかし、そもそも宇宙船を設計してくれるわけではない。また、仮に私たちが設計した宇宙船が離陸時に爆発すると予測したとしても、それを防ぐ方法を教えてくれるわけではない。それは私たちが考えなければならないことなのである。そして、それを解決する前に、設計を改良する前に、特に宇宙船がどのように機能するかを理解する必要がある。そうして初めて、離陸時の爆発を引き起こす可能性のあるものを発見するチャンスが生まれる。予測は、たとえ完全で普遍的な予測であっても、説明の代わりにはならないのである。

同様に、科学的な研究においても、神託は新しい理論を与えてはくれない。すでに理論があり、それを検証するための実験を考えてからでないと、その理論を検証したらどうなるかを神託に問うことはできないだろう。つまり、オラクルは理論を置き換えるのではなく、実験を置き換えるのである。実験室や粒子加速器を運営する経費を節約することができる。宇宙船のプロトタイプを作り、テストパイロットの命を危険にさらす代わりに、オラクルの予測によって行動が制御されるフライトシミュレーターに座っているパイロットを使って、地上ですべてのテストを行うことができるのである。

オラクルは多くの場面で非常に有用であるが、その有用性は常に、人々が科学的問題を現在と同じように解決する能力、すなわち説明的理論を考案する能力に依存することになる。なぜなら、ある実験の結果を予言する能力は、実際に実験を行う場合と比較して、神託が有用な答えを出すのに十分なほど正確に実験を記述することがいかに容易であるかに左右されるからである。結局のところ、オラクルはある種の「ユーザー・インターフェース」を持っていなければならない。おそらく、実験の説明を何らかの標準的な言語で入力しなければならないだろう。その言語では、ある実験は他の実験よりも指定するのが難しいだろう。実際には、多くの実験では、仕様が複雑すぎて入力することができない。このように、オラクルは他の実験データ源と同じような長所と短所を持ち、それを利用することが他の情報源を利用するよりも便利である場合にのみ有用となるのである。別の言い方をすれば、そのような神託はすでに物理世界というところに存在する。それは、正しい言葉で尋ねれば（つまり、実験を行えば）、どんな実験でも結果を教えてくれるが、場合によっては、{5} 必要な形で「実験の説明を入力する」（つまり、装置を作って操作する）ことが非現実的なこともある。しかし、それは何の説明も提供しない。

いくつかの応用、例えば天気予報などでは、純粋に予測するだけのオラクルでも、説明のある理論とほぼ同じように満足できるかもしれない。しかし、その場合でも、それは神託の天気予報が完全かつ完璧である場合にのみ、厳密にそうなるのである。実際には、天気予報は不完全であり、それを補うために、予報士がどのようにその予報にたどり着いたかについての説明が含まれている。この説明によって、私たちは天気予報の信頼性を判断し、自分の住んでいる場所や必要性に合った予報をさらに推測することができるのである。例えば、今日の「明日は風が強い」という予報が、近くの高気圧を想定したものなのか、それとももっと遠くのハリケーンを想定したものなのか、私にとっては違いがある。後者の場合は、より用心深くなる。気象学者自身も、気象のコンピュータ・シミュレーションにどのような近似値を組み込めば安全か、どのような観測を追加すれば予報がより正確でよりタイムリーになるかなどを推測するために、気象に関する説明理論が必要なのである。

このように、我々の想像上の神託に象徴される道具主義的理想、すなわち説明的内容を取り除いた科学理論は、その有用性が厳しく制限されることになるのである。現実の科学理論がそのような理想に似ていないこと、そして現実の科学者がそのような理想に向かって努力していないことに感謝しよう。

道具主義の極端な形態として、実証主義（あるいは論理実証主義）と呼ばれるものがあるが、これは観察を記述あるいは予測する以外のすべての記述は不要であるばかりか、無意味であるとするものである。この教義は、それ自体の基準によれば無意味であるが、それにもかかわらず、20世紀前半の科学知識の有力な理論であった今日でも、道具論的、実証主義的な考え方は、まだ通用する。なぜなら、予測は科学の目的ではないが、科学の特徴的な方法の一部であるからだ。科学的手法とは、ある種の現象を説明する新しい理論を仮定し、重要な実験的検証を行うことだ。この実験では、古い理論が予測する観測可能な結果{6}と新しい理論が予測する別の結果が得られる。そして、予測が間違っていることが判明した方の理論を否定する。このように、2つの理論のどちらを選択するかという重要な実験テストの結果は、理論の予測に依存するのであって、理論の説明に直接依存するのではない。このことが、「科学理論には予測以上のものはない」という誤解を生む原因となっている。しかし、科学的知識の発展には、決して実験的検証だけが必要なのではない。多くの理論が否定されるのは、説明の仕方が悪いからであり、実験に失敗したからではない。私たちは、わざわざ実験することなく、その理論を否定しているのである。例えば、1キログラムの草を食べると風邪が治るという説を考えてみよう。この理論は、実験的に検証可能な予測をしている。もし、人々が草の治療法を試してみて、効果がないと分かったら、この理論は間違っていることが証明されるだろう。しかし、この理論はこれまで一度も検証されたことがなく、おそらく今後も検証されることはないだろう。なぜなら、この理論には、治療法がどのように機能するかという説明も、その他の説明も一切含まれていないからである。私たちは、この理論が誤りであると仮定して当然である。この種の理論は、既存の観察結果や新しい予測に適合するものが常に無限に存在するため、そのすべてを検証する時間や資源がないのである。私たちが検証するのは、従来の理論よりも物事をうまく説明できると思われる新しい理論である。

予測することが科学理論の目的であるというのは、手段と目的を混同している。宇宙船の目的は燃料を燃やすことだ、と言っているようなものである。実際、燃料を燃やすことは、宇宙船がその本当の目的である、宇宙のある地点から別の地点にペイロードを運ぶことを達成するためにしなければならない多くのことの一つに過ぎない。実験的なテストに合格することは、科学の本当の目的である世界を説明することを達成するために理論がしなければならない多くのことのうちの1つに過ぎないのである。

原子や力、星の内部や銀河の回転、過去や未来、自然法則など、私たちが直接観測できないものを説明の対象とすることは、これまで述べてきたように必然的なことなのである。説明が深まれば深まるほど、その説明の対象となる実体は、直接の経験から遠く離れていく。{7} しかし、これらの実体は架空のものではなく、それどころか、まさに現実の構造の一部である。

説明はしばしば、少なくとも原理的には予測をもたらす。実際、もし何かが原理的に予測可能なら、十分に完全な説明は原理的にそれについて完全な予測をしなければならない（他のことも含めて）。しかし、本質的に予測不可能なものの多くも、説明し理解することができる。例えば、公平な（つまり偏りのない）ルーレットでどのような数字が出るかは予測できない。しかし、もしあなたが、そのホイールの設計と操作の中で、何がそれを公正にしているのかを理解すれば、なぜ数字を予測することが不可能なのかを説明することができる。繰り返しになるが、単にホイールが公正であると知っていることと、何がそれを公正にしているのかを理解していることとは同じではない。

私が論じているのは理解であって、単に知っている（あるいは記述したり予測したりする）ことではない。理解は説明のための理論を通じて行われ、そのような理論が持つ一般性のために、記録された事実の拡散は、理解されたものすべてを理解することを必ずしも難しくするものではない。しかし、多くの人は、「記録された事実が圧倒的に増えているだけでなく、世界を理解するための理論の数や複雑さも増えている」と言うだろう（実際、私が子供の頃を思い出していた時もそう言われていた）。その結果、かつて一人の人間が、その時点で理解されていることをすべて理解することが可能であったかどうかは別として、現在では確実に不可能であり、知識が増えるにつれて、それはますます不可能になりつつある、というのである。あるテーマに関連する新しい説明や技術が発見されるたびに、そのテーマを理解しようとする人が学ばなければならない別の理論が追加され、1つのテーマにおけるそうした理論の数が多くなりすぎると、専門化が進むように思われるかもしれない。例えば、物理学は、宇宙物理学、熱力学、素粒子物理学、場の量子論などに分かれている。これらはいずれも、少なくとも100年前の物理学全体と同程度の豊富な理論的枠組みに基づいており、その多くはすでに細分化され専門化されている。発見すればするほど、私たちはますます専門家の時代へと追いやられ、一人の人間の理解がすべてを網羅していたかもしれない古代の仮想的な時代からますます遠ざかっていくように思われる。

人類の理論が集約された膨大なメニューを前にして、個人が一生かかってもすべての料理を味わうことはできないし、ましてや、かつては可能だったかもしれないが、知られているすべてのレシピを理解することはできないだろうと思うのも無理はないだろう。しかし、説明というのは不思議なもので、量が多ければ飲み込みにくいというものでもない。ある理論が、より正確で、より理解しやすい新しい理論に取って代わられることがある。その場合、古い理論は冗長になり、私たちはより多くの理解を得る一方で、以前より学ぶ必要が少なくなるのである。地球が太陽の周りを回っているというニコラウス・コペルニクスの理論が、地球を宇宙の中心に置くという複雑な天動説に取って代わったときがそうであった。また、アラビア数字がローマ数字に取って代わられたように、新しい理論が既存の理論を単純化したものである場合もある。（ここでいう理論とは、暗黙的なものである。それぞれの表記法は、ある種の操作、記述、数字に関する思考を他のものよりも単純化し、それゆえ、数字の間のどの関係が有用で興味深いかという理論を具現化するのである）。例えば、ファラデーとマクスウェルが電気と磁気の理論を統合して電磁気学としたように、新しい理論は古い理論を統合したものであり、古い理論を並べて使うよりも理解を深めることができるのである。より間接的には、どのような分野でも、より良い説明をすることで、他の分野を理解するための技術や概念、言語が向上し、知識全体が増加すると同時に、構造的に理解されやすくなる傾向がある。

確かに、こうして古い理論が新しい理論に吸収されても、古い理論が完全に忘れ去られるわけではないことも多い。ローマ数字だって、今でも使われている。かつては{9}XIX×XVII=Cと計算していた面倒な方法だ。XIX x XVII = CCCXXIIIと計算する面倒な方法は、もう本格的に使われることはないが、数学史の研究者などは、今でもどこかで知っていて、理解しているに違いない。では、ローマ数字とその難解な算術を知らなければ、「理解されていることすべて」は理解できないということだろうか。そんなことはない。現代の数学者が何らかの理由でローマ数字を知らなかったとしても、ローマ数字に関連する数学はすでに完全に理解しているはずである。ローマ数字について学ぶことによって、その数学者は新しい理解を得ることはなく、新しい事実、つまり歴史的事実や、ある任意に定義された記号の特性についての事実だけを得ることになる。これは、動物学者が種の名前を外国語に翻訳することを学ぶようなものであり、天体物理学者が異なる文化圏で星がどのように星座に分類されるかを学ぶようなものである。

ローマ数字の演算を知ることが、歴史を理解する上で必要であるかどうかは別問題である。例えば、古代ローマ帝国の衰退の原因が、鉛管を使った配管技術にあると推測されるように、古代ローマ人の掛け算の技術に依存する歴史理論、説明があるとしよう。ならば、歴史を理解しようと思えば、そして理解されるものすべてを理解しようと思えば、その技術が何であったかを知らなければならないはずである。しかし、現在の歴史の説明では、掛け算の技術を使ったものはないので、その技術の記録は単なる事実の記述に過ぎない。理解されるものはすべて、その事実を知らなくても理解できる。例えば、古文書を解読するときに調べればいいのである。

「理解すること」と「知ること」を区別して考えるとき、私は記録された説明のない情報の重要性を過小評価したくはない。これはもちろん、微生物の繁殖（DNA分子の中にそのような情報を持っている）から人間の最も抽象的な思考に至るまで、あらゆることに不可欠なものである。では、理解を単なる「知っている」ことと区別するものは何だろうか。正しい説明や予測といった単なる事実の記述とは対照的に、説明とは何なのだろうか。実際には、私たちは通常、その違いを簡単に認識することができる。たとえ正確に記述し予測することができても、何かを理解していないときはわかるし（たとえば、原因不明の既知の病気の経過など）、説明によって理解が深まるときはわかる。しかし、「説明」や「理解」の正確な定義を与えることは困難である。大雑把に言えば、「何が」ではなく「なぜ」なのか、物事の内部構造について、物事がどのように見えるかだけではなく実際にどうなのか、たまたまそうであったのではなくそうでなければならないのか、経験則ではなく自然法則について、である。また、恣意性や複雑さとは対照的に、一貫性、優雅さ、単純さについても重要だ。しかし、いずれにせよ、理解は人間の心と脳の高次機能の一つであり、ユニークなものである。動物の脳、コンピュータ、その他の機械など、他の多くの物理的システムは、事実を同化し、それに基づいて行動することができる。しかし、現在のところ、人間の頭脳以外に説明を理解できるもの、あるいはそもそも説明を欲しているものを知らない。新しい説明の発見も、既存の説明を理解する行為も、すべて人間特有の創造的思考能力にかかっている。

ローマ数字に起こったことは、説明のための理論が事実の単なる記述に「降格」する過程であると考えることができる。このような降格は、我々の知識が増えるにつれて常に起こることである。もともとローマ数字は、それを使っていた人々が世界を理解するための概念的・理論的枠組みの一部を形成していた。しかし、そのようにして得られた理解は、現代の数学の理論や、現代の表記法に暗黙のうちに含まれている、はるかに深い理解のほんの一面に過ぎないのである。

このことは、理解というもののもう一つの特性を示している。理解したことを知らなくても、あるいは特に聞いたことがなくても、何かを理解することは可能である。これは逆説的に聞こえるかもしれないが、深く一般的な説明の要点は、馴染みのある状況だけでなく、馴染みのない状況{11}もカバーすることであることは言うまでもない。もしあなたが現代の数学者で、初めてローマ数字に出会ったとしたら、すでに理解していることにすぐには気づかないかもしれない。まずローマ数字が何であるかという事実を知り、その事実を今までの数学の理解に照らして考えてみる必要がある。でも、それができたら、振り返ってみて、「そうだ、ローマ数字のシステムには、単なる事実を超えて、私にとって新しいことは何もないんだ」と言えるようになるはずである。そして、それこそが、説明的な役割を担っていたローマ数字が完全に時代遅れになってしまったと言う意味なのである。

同様に、私が「空間と時間の湾曲が惑星の運動にどのように影響するかを理解している」と言うとき、たとえ私が聞いたこともないような他の太陽系であっても、惑星の軌道の輪や揺れの細部まで、何も考えずに説明できると言っているのではない。私が言いたいのは、それらの説明を含む理論を理解していて、ある惑星について何らかの事実があれば、いずれそれらの説明を作り出すことができるということだ。そうすれば、振り返ってみて、「そうだ、あの惑星の運動には、単なる事実を除いて、一般相対性理論で説明できないものは何もない」と言えるはずだ。私たちは、それを説明する理論を理解することによってのみ、現実の構造を理解することができるのである。そして、その理論は、私たちがすぐに理解できる以上のことを説明するので、私たちは、自分がすぐに理解したと思う以上のことを理解することができるのである。

理論がわかれば、その理論が説明できることがすべてわかるかというと、そうではない。非常に深い理論であれば、ある現象を説明できると認識すること自体が、独立した説明を必要とする重要な発見となることもある。例えば、銀河の中心にある非常に明るい放射源であるクエーサーは、長年、天体物理学の謎の一つであった。これを説明するには、新しい物理学が必要だと考えられていたが、現在では、クエーサーが発見される前から知られていた一般相対性理論などで説明できると考えられている。クエーサーは、高温の物質がブラックホール（重力が強くて何も逃げられない星の崩壊）に落ち込む過程でできていると考えられている。しかし、その結論に至るまでには、観測と理論の両面から長年の研究が必要だった。私たちは、クエーサーについて一定の理解を得たと思うが、その理解が以前からあったものだとは思っていない。既存の理論を駆使してクエーサーを説明することで、純粋に新しい理解が得られたのである。説明とは何かを定義するのが難しいように、補助的な説明が、どのような場合に理解されていることの独立した構成要素とみなされ、どのような場合に深い理論に包含されるとみなされるかを定義するのは難しい。定義するのは難しいが、認識するのはそれほど難しくない。一般的な説明と同様に、実際、我々は新しい説明を与えられたときにそれを知ることができる。ここでも、その違いは創造性に関係している。重力に関する一般的な説明を既に理解しているときに、特定の惑星の運動を説明することは、非常に複雑ではあるが、機械的な作業である。しかし、クエーサーを説明するために既存の理論を使うには、創造的な思考が必要だ。したがって、現在宇宙物理学で理解されていることをすべて理解するためには、クエーサーの理論を明確に知っていなければならないだろう。しかし、特定の惑星の軌道を知る必要はないのである。

このように、既知の理論のストックは、記録された事実のストックと同様に、確かに雪だるま式に増えているが、だからといって、全体の構造が以前より理解しづらくなるとは限らない。というのも、特定の理論がより多く、より詳細になりつつある一方で、その理論が含む理解が深い一般的な理論に引き継がれ、絶えず「降格」しているからである。そして、そのような理論は、より少なく、より深く、より一般的になってきている。より一般的」というのは、それぞれの理論が、以前はいくつかの異なる理論が述べていたことを、より広い範囲の状況について述べているということである。「より深く」というのは、それぞれの理論が、以前の理論の組み合わせよりも、より多くのことを説明し、より多くの理解を具現化しているという意味だ。

数世紀前、橋や大聖堂のような大きな建造物を建てようと思ったら、建築の名人と契約していただろう。彼は、最小限の費用と労力で構造物に強度と安定性を与えるには何が必要なのか、ある程度の知識を持っていたことだろう。このような知識を、今日のように数学や物理の言葉で表現することは、あまりできなかっただろう。その代わり、彼は主に、徒弟の師匠から学んだ直感、習慣、経験則の複雑なコレクションに頼っており、おそらく推測と長い経験によって修正したのだろう。しかし、これらの直感や習慣、経験則は、事実上、明示的・非明示的な理論であり、今日、我々が工学や建築と呼ぶ分野の真の知識を含んでいたのである。そのような理論に基づいた知識があったからこそ、あなたは彼を雇ったのだろう。何世紀も前の建造物を賞賛するとき、私たちは現存するものしか見ていないことを忘れがちである。中世やそれ以前の時代に建てられた建造物の圧倒的多数は、ずっと以前に、しかもしばしば建設後すぐに崩壊している。特に、革新的な建造物についてはそうであった。革新的なものは壊れるのが当然とされ、長い伝統に裏打ちされた設計や技術から大きく逸脱することはあまりなかった。それに対して、現代では、どんな構造物でも、たとえそれがこれまでにないものであっても、設計の誤りによって失敗することは非常に稀である。古代の建築家が造ったものを、現代の建築家がより良く、より少ない労力で造ることができる。高層ビルや宇宙ステーションのような、古代人が想像もしなかったような建造物も作ることができる。グラスファイバーや鉄筋コンクリートのような、彼が聞いたこともないような材料も使えるし、たとえ与えられたとしてもほとんど使うことができなかっただろう。

建築家が知っているのと同じような理論を積み重ねることで、現在のような知識水準に到達したのではない。我々の知識は、明示的なものも非明示的なものも含めて、彼よりはるかに大きいだけでなく、構造的にも異なっているのである。これまで述べてきたように、現代の理論は、より少なく、より一般的で、より深いものである。建築家が自分のレパートリーの中から何かを作るときに直面するそれぞれの状況、例えば耐力壁の厚さを決めるとき、彼はかなり具体的な直感や経験則を持っていた。しかし、その経験則は、新しい状況に適用すると絶望的に間違った答えを出すことがあった{14}。しかし、今日、このようなことは、月でも水中でも、どんな材料でできた壁でも、どんな状況でも適用できるほど一般的な理論から推論されるのである。なぜ一般的かというと、材料や構造の仕組みについて、かなり深く掘り下げて説明しているからである。見慣れない材料で作られた壁の適切な厚さを求めるには、他の壁と同じ理論を使うが、異なる事実を仮定して、つまり様々なパラメータに異なる数値を使って計算を始める。その際、材料の引張強度や弾力性などの事実を調べる必要はあるが、それ以上の理解は必要ない。

だから、古代の建築家とは比較にならないほど多くのことを理解しているにもかかわらず、現代の建築家がより長く、より困難な訓練を受ける必要はないのである。現代の学生のシラバスにある典型的な理論は、建築家の経験則のどれよりも理解するのが難しいかもしれない。しかし、現代の理論ははるかに数が少なく、その説明力によって、美しさや内なる論理、他の科目との関連といった他の性質が与えられ、より簡単に学ぶことができるのである。古代の経験則の中には、現在では誤りであることが分かっているものもあれば、真実である、あるいは真実に近いと分かっているものもあり、その理由は分かっている。その理由もわかっている。しかし、そのどれもがもはや、構造物を立ち上がらせるものについての理解の源とはなっていないのである。

もちろん、建築を含め、知識が発展している多くの分野で専門化が進んでいることを否定しているわけではない。車輪はもはや車輪職人によって設計・製造されることはなく、鋤は鋤職人によって作られることはなく、文字は書記によって書かれることはないのである。とはいえ、これまで述べてきたような深化と統一の傾向だけが働いているのではないことは明らかで、絶え間ない拡大も同時に進行している。つまり、新しい考え方は、既存のものに取って代わるだけでなく、単純化したり、統一したりすることが多いのである。新しいアイデアは、これまで全く理解されていなかった分野、あるいはその存在自体が推測されていなかった分野にまで、人間の理解を広げる。新しい機会、新しい問題、新しい専門分野、さらには新しい主題を切り開くかもしれない。そして、そのようなことが起こると、少なくとも一時的には、すべてを理解するためにさらに学ぶべきことが増えるかもしれない。

医学は、より多くの病気に対する新しい治療法やより優れた治療法が発見されるにつれて、知識の増大から必然的に専門化が進むと思われる最もよく引用される事例であろう。しかし、医学の世界でも、その逆で、統一的な傾向が存在し、それが強くなっている。確かに、身体の機能にはまだ解明されていないことが多く、病気のメカニズムもよく分かっていない。そのため、医学の知識の中には、記録された事実の集積と、特定の病気や治療法を経験し、その技術や勘を代々受け継いできた医師たちの技術や勘が主体となっているものがある。つまり、医学の多くはまだ経験則の時代であり、新しい経験則が発見されれば、確かに専門化する動機付けがある。しかし、医学や生化学の研究が進み、体内の病気のプロセス（あるいは健康なプロセス）をより深く説明できるようになるにつれ、理解も進んでいる。身体の様々な部位で起こる異なる病気に対して、共通する根本的な分子メカニズムが発見されるにつれて、より一般的な概念がより具体的な概念に取って代わられつつある。ある疾患が一般的な枠組みに当てはまると理解されれば、専門医の役割は減少する。その代わり、見慣れない病気や珍しい合併症に遭遇した医師は、ますます説明的な理論に頼ることができるようになる。知っている事実を調べることはできる。しかし、その場合、一般的な理論を適用して、必要な治療法を考え出すことができるかもしれないし、今まで使われたことがなくても、効果が期待できるかもしれない。

このように、理解されていることをすべて理解するのが難しくなっているか、それとも簡単になっているかという問題は、知識の増大がもたらすこの二つの相反する効果、すなわち理論の幅の増大と深化の全体的なバランスに左右される。幅が広ければ難しくなり、深ければ簡単になる。本書では、徐々にではあるが確実に、深さが勝っているというのが一つのテーゼである。つまり、私が子供の頃に信じようとしなかった命題は、確かに誤りであり、実質的にはその逆が真なのである。私たちは、一人の人間が理解されていることのすべてを理解できる状態から遠ざかるのではなく、そこに向かっている。

すぐにすべてを理解できるようになるわけではない。それは全く別の問題だ。私は、現在も、そしてこれからも、私たちがあらゆるものを理解することに近づいているとは思っていない。私が論じているのは、理解されているものすべてを理解する可能性についてである。それは、知識の内容よりも、その構造によるところが大きい。しかしもちろん、私たちの知識の構造、つまり理解可能な全体としてまとまる理論で表現できるかどうかは、全体として現実の構造がどのようなものであるかに依存する。もし知識が無限の成長を続け、一人の人間が理解されるものすべてを理解できるような状態に向かうのであれば、理論の深さはそれを可能にするのに十分な速さで成長し続けなければならない。そのためには、現実の構造が高度に統一されていて、知識が増えるにつれて、より多くのことが理解できるようになっていなければならない。そうなれば、我々の理論が一般的になり、深くなり、互いに統合されて、事実上、統一された現実の構造に関する一つの理論になるであろう。この理論では、現実のあらゆる側面を説明することはできない。しかし、既知の説明のすべてを包含し、理解される限りにおいて、現実の構造全体に適用されることになる。これまでの理論が特定のテーマに関連するものであったのに対し、これはすべてのテーマに関する理論、すなわち「万物の理論」となる。

もちろん、このような理論はこれが最後ではなく、最初だけである。科学の世界では、どんなに優れた理論でも不完全で問題があることは当然であり、より深く正確な理論にいずれ取って代わられることを期待している。しかし、万能の理論が発見されたからといって、その進歩が止まるわけではない。例えば、ニュートンは初めて重力に関する普遍的な理論を提示し、天体と地上の力学などを統一的に説明した。しかし、彼の理論は、アインシュタインの一般相対性理論に取って代わられた。この理論は、数学の一分野とみなされていた幾何学を物理学に取り入れることによって{17}、はるかに深い説明と正確さを提供するようになった。最初の完全に普遍的な理論（私はこれを「万物の理論」と呼ぶことにする）は、それ以前と以後のすべての理論と同様に、完全に正しいわけでも、無限に深いわけでもないので、いずれは取って代わられることになる。しかし、他のテーマに関する理論と統合されることによって取って代わられることはない。なぜなら、それはすでにすべてのテーマに関する理論となっているからである。過去において、理解における偉大な進歩のいくつかは、偉大な統一によってもたらされた。例えば、地球が宇宙の中心であると考えるのを止めたときである。最初の「万物の理論」の後、これ以上大きな統一がなされることはないだろう。それ以降の大発見は、世界全体に対する理解の仕方、つまり世界観の転換という形をとることになる。万有引力の達成は、最後の大統一であると同時に、新しい世界観への全面的な転換のきっかけとなるのである。私は、そのような統一と転換が今まさに起こりつつあると信じている。その関連する世界観が、本書のテーマである。ここで強調しておきたいのは、私が言っているのは、一部の素粒子物理学者が近いうちに発見することを望んでいる「万物の理論」のことだけではない、ということだ。その「万物の理論」とは、物理学で知られているすべての基本的な力、すなわち重力、電磁気力、核力についての統一的な理論であろう。また、存在するすべての種類の素粒子、その質量、スピン、電荷、その他の性質、そしてそれらがどのように相互作用するかを記述することになる。孤立した物理システムの初期状態を十分に正確に記述できれば、原理的にはそのシステムの将来の挙動を予測することができる。システムの正確な挙動が本質的に予測できない場合、可能性のあるすべての挙動を記述し、その確率を予測することができる。実際には、興味深い系の初期状態はあまり正確に把握できないことが多いし、いずれにせよ予測計算が複雑すぎて、最も単純なケースを除いては実行できないだろう。しかし、粒子と力の統一的な理論と、ビッグバン（宇宙の始まりとなった激しい爆発）における宇宙の初期状態の特定があれば、原理的には{18}予測可能なものすべてを予測するために必要なすべての情報を含んでいることになる（図11）。

しかし、予測は説明ではない。期待される「万物の理論」は、たとえ初期状態の理論と組み合わされたとしても、せいぜい本当の「万物の理論」のほんの一面を提供するに過ぎないのである。それは（原理的には）すべてを予測することはできるかもしれない。しかし、粒子加速器内での衝突やビッグバンでの粒子変換のエキゾチックな歴史など、素粒子の相互作用のニュアンスが支配的ないくつかの現象を除いて、既存の理論で説明できる以上のことは期待できないのである。このような狭い、とはいえ魅力的な知識に対して「万物の理論」という言葉を使う動機は何だろうか？それは、多くの科学批判者が否定的に、また多くの科学者が肯定的に受け止めている、科学の本質に関するもう一つの誤った見方、すなわち、科学は本質的に還元主義的であるという見方だと思う。つまり、科学は物事を還元的に、つまり構成要素に分解して説明すると言われているのである。例えば、壁を貫通したり、倒したりする際の抵抗力は、壁を相互作用する分子の巨大な集合体とみなすことで説明される。その分子の特性は、分子を構成する原子と、その原子同士の相互作用によって説明され、さらに、最小の粒子や最も基本的な力に至るまで説明されるのである。還元論者は、すべての科学的説明、そしておそらくあらゆる種類の十分に深い説明は、このような形式を取ると考えている。

図11. 万物の理論」の不適切な概念

原文参照

還元論的な考え方は、当然ながら、{19} 対象と理論を、既知の「最低レベルの」予測理論にどれだけ近いかによって、階層的に分類することになる。この階層では、論理と数学が不動の礎石となり、その上に科学の大建築が築かれる。基礎となる石は、還元的な「万物の理論」であり、粒子、力、空間、時間に関する普遍的な理論であり、宇宙の初期状態が何であったかの理論でもある。残りの物理学は、最初の数階を形成する。宇宙物理学と化学はさらに上の階層にあり、地質学はさらに上の階層にある、というように。そして、生化学、生物学、遺伝学など、さらに高度な分野へと枝分かれしていく。成層圏の頂上には、進化論、経済学、心理学、コンピュータサイエンスなどの科目があり、これらはこの絵の中ではほとんど想像もつかないほど派生している。現在のところ、私たちは還元的な「万物の理論」に対する近似値しか持っていない。これらはすでに個々の素粒子についてかなり正確な運動法則を予測することができる。この法則から、現代のコンピューターは、初期状態が与えられれば、孤立した数個の相互作用する粒子のグループの運動をある程度詳細に計算することができる。しかし、肉眼で見える最小の物質でさえ、何兆個もの原子を含み、それぞれが多くの素粒子で構成され、絶えず外界と相互作用している。しかし、厳密な運動法則にさまざまな近似式を加えることで、非常に大きな物体の全体的な挙動をある程度予測することができるようになった。このようにして、基礎化学の多くは物理学に還元された。しかし、より高度な科学については、還元主義的な計画はあくまで原則の問題である。物理学の原理から生物学、心理学、政治学の多くの原理を導き出すことを実際に期待する人はいない。高等科学が研究される理由は、特殊な状況下では、膨大な数の粒子の驚くほど複雑な振る舞いが、ある種の単純さと理解しやすさに分解されるからである。これは「創発」と呼ばれるもので、低レベルの複雑さから高レベルの単純さが「創発」されるのである。このように、低レベルの理論からは推論できないような、理解しやすい事実が存在する高次の現象を「創発現象」と呼ぶ。例えば、壁が丈夫なのは、敵が無理矢理突破してくることを恐れたからかもしれない。これは、壁の強さの上位の説明であり、先ほどの下位の説明からは推論できない（ただし、矛盾はしない）。ビルダー」、「敵」、「恐怖」、「努力」はすべて創発的な現象である。高階層科学の目的は、創発現象を理解できるようにすることであり、その最も重要なものは、これから見るように、生命、思考、計算である。

ところで、還元主義の反対語である全体論は、高次元のシステムによってのみ正当な説明がなされるという考え方であり、還元主義よりもさらに大きな誤りである。全体論者は、私たちに何をせよというのだろうか。病気の分子的起源の探求を止めろというのだろうか？人間が素粒子からできていることを否定するのか？還元的な説明が存在する場合、それは他の説明と同じように望ましいものである。科学全体がより低いレベルの科学に還元できる場合、他の知識を発見するのと同じように、科学者としてその還元を見つけることが義務づけられるのである。

還元論者は、科学とは物事を構成要素に分解することだと考えている。道具主義者は、科学とは物事を予測することだと考えている。どちらの立場から見ても、高度な科学は便宜上存在するものに過ぎない。複雑であるために、基礎物理学を使って高度な予測をすることができない。その代わりに、もしそのような予測をすることができたとしたら、どのような予測になるかを推測する。創発は、それを成功させるチャンスを与えてくれる。このように、科学的知識の真の構造と真の目的の両方を無視する還元主義者や道具主義者にとっては、物理学の予測階層の基底は、定義上「万物の理論」なのである。しかし、他の誰にとっても、科学的知識は説明から成り立ち、科学的説明の構造は還元論的階層を反映していない。階層構造のどのレベルにも説明は存在する。その多くは自律的であり、その特定のレベルの概念にのみ言及している（例えば、「熊が蜂蜜を食べたのは、お腹が空いていたからだ」）。多くは、還元的説明とは逆方向の推論を伴う。つまり、より小さな、より単純なものに分析するのではなく、より大きな、より複雑なものの構成要素とみなすことで物事を説明する。たとえば、ロンドンのパーラメント・スクエアにあるウィンストン・チャーチル卿の銅像の鼻の先にある銅原子を考えてみよう。なぜ、その銅の原子がそこにあるのか、説明しよう。それは、チャーチルが近くの下院で首相を務めたからであり、彼の思想とリーダーシップが第二次世界大戦における連合国の勝利に貢献したからであり、そのような人物の像を立てることで敬意を表するのが通例であるからであり、その像の材料として昔から使われているブロンズに銅が含まれているから、などである。このように、ある場所に銅原子があるという低レベルの物理的観測を、思想、リーダーシップ、戦争、伝統といった創発現象に関する極めて高度な理論で説明する。銅原子の存在を説明するのに、今述べたものより低レベルの説明が原理的に存在するはずはない。おそらく、還元的な「万物の理論」は、原理的には、ある時点における太陽系の状態から、そのような銅像が存在する確率を低次元に予測するものであろうと思われる。また、その彫像がどのようにしてそこに到達したのかも、原理的には説明できるだろう。しかし、そのような記述や予測は、（もちろん実現不可能なことではあるが）何も説明しない。銅の原子が、銅山から製錬所、彫刻家のアトリエを経て、どのような軌跡をたどったかを説明するだけである。また、その軌道が、鉱山労働者や彫刻家の体を構成する周囲の原子から受ける力にどのように影響されるかを記述し、彫像の存在と形状を予測することができる。実際、このような予測は、地球上のすべての原子が、我々が第二次世界大戦と呼ぶ複雑な運動をしていることなどに言及しなければならないだろう。しかし、銅原子がそこに存在するという、このような長大な予測に従う超人的な能力があったとしても、「ああ、そうだ、なぜそこにあるのかがわかった」とは言えないだろう。あなたは、すべての原子の初期構成と物理学の法則{22}を考えると、そのようにそこに到着することは必然的（または可能性が高い、あるいは何でも）であることを知っているに過ぎないだろう。もしあなたがその理由を理解したかったら、やはりもう一歩踏み込むしかないだろう。その原子の配置と軌道の何が、この場所に銅原子を沈着させる傾向を与えたのかを探究しなければならないだろう。新しい説明の発見が常にそうであるように、この探求は創造的な仕事となるだろう。ある種の原子配列が、リーダーシップや戦争といった創発現象を支えていることを発見しなければならない。そのような理論が分かって初めて、銅原子がなぜそこにあるのかを完全に理解することができる。

還元論的世界観では、素粒子の相互作用を支配する法則が最も重要であり、それはすべての知識の階層のベースとなるものである。しかし、科学的知識の実際の構造、そして一般的な我々の知識の構造においては、このような法則はもっと地味な役割を担っている。

その役割とは何だろうか？私には、これまで考えられてきた「万物の理論」の候補のどれもが、説明という点ではあまり新しいものを含んでいないように思われる。おそらく、説明の観点から最も革新的なアプローチは、超弦理論である。超弦理論では、点のような粒子ではなく、伸びた物体である「弦」が物質の基本構成要素である。しかし、既存のどのアプローチも、全く新しい説明方法を提供していない。アインシュタインが重力について、曲がった空間と時間という観点から説明したという意味で、新しい。実際、「万物の理論」は、その物理的概念、言語、数学的形式、説明の形式など、説明の構造全体を、既存の電磁気学、核力、重力の理論から事実上継承することが期待されている。したがって、私たちは、既存の理論からすでに知っているこの基本的な構造に、基礎物理学が私たちの全体的な理解に貢献していることを期待することができる。

物理学には、他のどの理論よりもかなり深いところにある2つの理論がある。一つは一般相対性理論で、これは空間、時間、重力に関する最も優れた理論であると申し上げた。もう一つは、量子論で、これはさらに深い理論だ。この2つの理論（素粒子に関する既存の理論や現在想定されている理論ではない）は、現代物理学の他のすべての理論を表現するための詳細な説明と形式の枠組みを提供し、他のすべての理論が準拠する包括的な物理原則を含んでいる。一般相対性理論と量子論の統合、すなわち量子重力理論の構築は、理論物理学者にとって数十年来の大きな課題であり、狭義にも広義にも万物理論の一部を構成する必要がある。次章で述べるように、量子論は相対性理論と同様に、物理的現実を説明するブレイクスルー新手段を提供するものである。なぜなら、その影響は物理学の枠をはるかに超え、通常考えられている科学の枠さえも超えているからである。量子論は、現実の構造に関する我々の現在の理解を構成する、4本の主要な繊維と呼ぶべきもののうちの1つである。

他の3つの柱が何であるかを述べる前に、還元主義が科学的知識の構造を誤って示しているもう1つの点について触れておかなければならない。還元論は、説明は常にシステムをより小さな、より単純なシステムに分析することから成り立つと想定しているだけでなく、すべての説明は後の事象を前の事象に照らし合わせて行うものであるとも想定している。つまり、何かを説明する唯一の方法は、その原因を明らかにすることである。そして、このことは、何かを説明する際に参照する事象が早ければ早いほど、より良い説明ができることを意味する。したがって、最終的に最も良い説明は、宇宙の初期状態に関するものである。

宇宙の初期状態の特定を排除した「万物の理論」は、運動法則しか提供しないので、物理的現実を完全に記述することはできない。つまり、何が起こるかを断定的に述べることはなく、別の時間に起こっていたことがあるとすれば、ある時間に何が起こるかを述べるだけである。初期状態の完全な規定があって初めて、物理的現実を原理的に完全に記述することができる。現在の宇宙論は、原理的にさえも初期状態の完全な特定を提供しないが、宇宙が最初は非常に小さく、非常に熱く、非常に均一な構造であったということは分かっている。また、宇宙が完全に一様であったはずがないことも分かっている。なぜなら、理論によれば、それでは今日私たちが観測している銀河の分布と矛盾してしまうからである。初期の密度のばらつき、すなわち「塊状」は、重力の塊りによって大幅に増強されたはずである（つまり、比較的密度の高い領域がより多くの物質を引き寄せて密度が高くなったはず）ので、最初はごくわずかでよかったはずである。なぜなら、私たちの身の回りで起きていることは、星や銀河の分布から地球上のブロンズ像の姿に至るまで、ほとんどすべてが、基礎物理学の観点からすると、これらの変化の結果であるからだ。もし、私たちの還元論的な記述が、観測された宇宙の最も粗い特徴以上のものをカバーしようとするならば、一様性からの重要な初期偏差を特定する理論が必要である。

この必要条件を還元主義的な偏見なしに言い直すことにしよう。あらゆる物理系の運動法則は、条件付きの予測しかしないので、その系の多くの可能な歴史に適合する。（この問題は、次章で述べる量子論が課す予測可能性の制限とは無関係である）。例えば、鉄砲から発射された大砲の弾を支配する運動法則は、それが発射されたときに鉄砲が向いていたであろうあらゆる方向と高さに対して、多くの可能な軌道に適合する（図12）。数学的には、運動法則は運動方程式と呼ばれる一連の方程式で表すことができる。この方程式には多くの解があり、それぞれが可能な軌道を記述している。どの解が実際の軌道を記述しているかを特定するためには、補足的なデータ、つまり実際に何が起こっているかについてのデータを提供する必要がある。その1つの方法が、初期状態（この場合、銃が向いていた方向）を指定することだ。しかし、それ以外にも方法はある。たとえば、最終状態、つまり大砲の玉{25}が着弾した瞬間の位置と運動方向を指定することもできる。あるいは、軌道の最高点の位置を指定することもできる。運動方程式の特定の解を選び出すのであれば、どのような補足データを与えても構わない。このような補足的なデータと運動法則の組み合わせは、発射から着弾までの間に大砲の玉に起こるすべてのことを記述する理論になる。

同様に、物理的現実全体に対する運動法則は、それぞれが明確な歴史に対応する多くの解を持つことになる。記述を完成させるためには、運動方程式の多くの解の一つをもたらすのに十分な補足的データを与えることによって、どの歴史が実際に起こったものであるかを特定しなければならないはずである。少なくとも単純な宇宙モデルでは、そのようなデータを与える一つの方法は、宇宙の初期状態を指定することである。また、初期状態、最終状態、その間の状態についての情報を与えることもできる。一般に、運動の法則に十分な補足的データを組み合わせることで、原理的には物理的現実を完全に記述することができる。

大砲の玉の場合、例えば最終状態を指定すれば、初期状態を計算するのは簡単であり、その逆も同様であるから、補足データの指定方法の違いによる実用上の差はない。しかし、宇宙の場合はそのような計算がほとんどできない{26}。私は、現在の「かたさ」の観測から、初期状態に「かたさ」があることを推論していると言った。しかし、それは例外的なことで、具体的に何が起こるかという補足データの知識のほとんどは、創発現象に関する高次の理論の形をしており、定義上、初期状態に関する記述の形では実用的に表現できないのである。例えば、運動方程式のほとんどの解では、宇宙の初期状態は生命が進化するのに適した特性を持っていない。したがって、生命が進化したという知識は、補足データの重要な一部なのである。この制約が具体的に、ビッグバンの詳細な構造について何を暗示しているかは分からないかもしれないが、そこから直接結論を導き出すことは可能である。例えば、地球の年齢を最も早く正確に推定したのは生物学的進化論に基づいており、当時の最高の物理学と矛盾していた。還元主義的な偏見だけが、このような推論が何らかの形で有効でないとか、一般に、現実の創発的特徴よりも初期状態について理論化する方が「基本」であると感じさせる。

基礎物理学の領域でさえ、初期状態の理論に我々の最も深い知識が含まれているという考え方は、重大な誤解である。その理由の一つは、初期状態そのものを説明する可能性、つまり初期状態がなぜそうなったかを論理的に排除してしまうからである。さらに一般的には、どのような時間の理論も、「それ以前」の何かという観点から時間を説明することはできない。しかし、我々は、一般相対性理論から、さらには量子論から、時間の性質について深い説明を受けている（第11章を参照）。

このように、私たちの現実の記述、予測、説明の多くは、還元論が導く「初期状態+運動の法則」という図式とは似ても似つかないものである。高次元の理論を「二流市民」と見なす理由は何もない。素粒子物理学の理論も、量子論や相対性理論も、創発的性質に関する理論に対して特権的なものでは決してない。これらの知識分野のどれもが、他のすべての知識を包含することはあり得ない。それぞれの領域は他の領域に対して論理的な含意{27}を持っているが、その含意は他の理論の領域の創発的特性であるため、すべてを述べることはできない。実際、「高水準」「低水準」という言葉そのものが誤称なのである。例えば、生物学の法則は、物理学の法則の高レベルな創発的帰結である。しかし、論理的には、物理学の法則のいくつかは、生物学の法則の「創発的」な帰結となる。両者の間で、生物学的現象やその他の創発的現象を支配する法則が、基礎物理学の法則を完全に決定してしまうということさえあり得るのである。しかし、いずれにせよ、二つの理論が論理的に関連している場合、論理は、どちらの理論が他方の理論の全部または一部を決定していると見なすべきかを決定するものではない。それは、理論間の説明関係によるのである。真に特権的な理論とは、サイズや複雑さの特定のスケールに言及するものでも、予測階層の特定のレベルに位置するものでもなく、最も深い説明を含んでいるものである。現実の構造は、空間、時間、素粒子といった還元論的な要素だけでなく、生命、思考、計算など、これらの説明の対象となるものから構成されている。ある理論をより根本的なものとし、派生的なものとしないのは、物理学の想定される予測基盤に近いからではなく、我々の最も深いところの説明理論に近いからである。

量子論は、これまで述べてきたように、そのような理論の一つである。しかし、私たちが現実の構造を理解しようとする他の3つの主要な説明理論は、量子物理学の観点からすると、すべて「ハイレベル」なものである。進化論（主に生物の進化）、認識論（知識の理論）、計算論（コンピューターと、コンピューターが原理的に計算できること、できないことについて）である。これから述べるように、これら4つの一見独立したテーマの基本原理の間には、深く多様なつながりが発見されており、他の3つのテーマを理解することなしに、どれか1つのテーマについて最善の理解に達することは不可能になってきている。この4つを合わせると、非常に広範囲に及ぶ首尾一貫した説明構造を形成し、私たちの世界に対する理解の多くを包含するようになったので、私の考えでは、それはすでに{28}最初の真の万物の理論と呼ばれてもよいのではないかと思う。こうして私たちは、思想史における重要な瞬間、つまり、私たちの理解の範囲が完全に普遍化され始める瞬間に到達したのである。これまで、私たちの理解はすべて、現実のある側面についてであり、全体として典型的なものではなかった。すべての説明は普遍性を背景として理解され、すべての新しい考えは、特定の主題だけでなく、程度の差こそあれ、すべての主題を自動的に照らし出すようになる。この最後の偉大な統一から最終的に得られる理解の配当は、これまでのどの統一がもたらしたものをもはるかに凌駕するかもしれない。なぜなら、ここで統一され、説明されているのは物理学だけでなく、科学だけでなく、哲学、論理学、数学、倫理学、政治学、美学など、おそらく現在我々が理解していることすべて、そしておそらくまだ理解していない多くのことが、潜在的に理解されていることがわかるだろうからである。

では、知識の増大が世界をますます理解しにくくしているという命題を否定した若い自分に、私はどのような結論を出すのだろうか。しかし、今となっては、重要なのは、私たち特定の種が理解していることを、その種の構成員の一人が理解できるかどうかではないと、私は考えている。重要なのは、現実の構造そのものが本当に統一され、理解しやすいかどうかということだ。そう信じるに足る理由がある。子供の頃、私はこのことを単に知っていただけで、今では説明することができる。

用語解説

認識論 知識の性質とそれを生み出すプロセスの研究。
説明（大まかに）物事の本質や物事の理由についての記述。
道具主義 科学理論の目的は、実験の結果を予測することであるとする考え方。
実証主義 機器主義の極端な形態で、観察を記述または予測するもの以外のすべての記述は無意味であるとするもの。（この考え方自体、それ自身の基準では無意味である）。
reductive 還元的な説明とは、物事を低レベルの構成要素に分析することによって機能するもの。
還元主義 科学的説明は本質的に還元的であるとする考え方。
全体論 高次元のシステムによってのみ正当な説明がなされるとする考え方で、還元論の反対。
創発創発現象とは、生命、思考、計算など、低レベルの理論から単純に推測できるのではなく、その現象に直接関連する高次の理論によって説明または予測可能な理解可能な事実または説明が存在する現象のこと。

まとめ

科学的知識は、すべての人間の知識と同様に、主に説明からなる。単なる事実は調べることができ、予測は、すでに良い説明であるというテストに合格した競合する科学理論を区別するために重要な実験的テストを行うためにのみ重要である。新しい理論が古い理論に取って代わるにつれて、我々の知識はより広く（新しいテーマが生まれるにつれて）、より深く（我々の基本理論がより多く説明し、より一般的になるにつれて）なっていくのである。深さが勝っている。このように、私たちは、一人の人間が理解されていることのすべてを理解できる状態から離れるのではなく、それに向かって進んでいるのである。私たちの最も深い理論は、互いに統合されつつあり、現実の統一された構造に関する単一の理論としてのみ、共同で理解することができる。この「万物の理論」は、素粒子物理学者が求めている「万物の理論」よりもはるかに広い範囲に及ぶ。なぜなら、現実の布は、空間、時間、素粒子といった還元論的要素だけでなく、例えば、生命、思考、計算といったものからも構成されるからである。最初の「万物の理論」を構成する可能性のある説明の4つの主要なストランドは次のとおりである。{30}

量子物理学 第2章、第9章、第11章、第12章、第13章、第14章

認識論 第3章、第4章、第7章、第10章、第13章、第14章

計算論 5,6、9,10,13,14章

進化論 第8章、第13章、第14章。