決定論vs量子論

物理学の時間概念（古典から量子へ）と自由意志：決定論vs量子論の新たな視点

はじめに：時間と決定論、そして自由意志の古典的構図

決定論と自由意志の対立は、哲学における古くからの難問です。世界が物理法則に従って完全に決定されているならば、私たちの選択はあらかじめ定められていることになり、自由意志の居場所はないように思われます。この決定論的世界観は、特に古典物理学、すなわちニュートン力学によって強力に支持されてきました。

古典物理学では、宇宙の状態は時刻tにおけるすべての粒子の位置と運動量によって完全に記述され、これらの情報は将来のあらゆる時点での宇宙の状態を一意的に決定すると考えられていました。これは、時間というものが過去から未来へと一様なペースで流れ、その流れの中で原因が結果を決定するという、直感的でありながら非常に強力な時間概念に基づいています。

このような古典的な物理学の時間概念の下では、「自由意志」という概念は困難に直面します。もし未来が過去によって完全に決定されているならば、私たちが「まさに今、別の選択をすることもできた」という感覚は錯覚に過ぎないのかもしれません。しかし、20世紀に入り、量子力学という新しい物理学が登場したことで、この古典的な時間・因果・決定論の構図に根本的な疑問が投げかけられることになります。

本稿では、まず古典物理学における時間概念がどのように決定論を支えていたかを再確認します。次に、量子力学が時間の概念や因果関係の捉え方にどのような新たな視点をもたらしたのかを解説します。そして、これらの物理学的な知見の変化が、古くて新しい自由意志の議論にどのような示唆を与える可能性があるのかを考察してまいります。

古典物理学における時間、決定論、そして自由意志

古典物理学における時間概念は、アイザック・ニュートンによって確立された「絶対時間」に象徴されます。絶対時間は、外部の何ものにも影響されず、それ自体の性質によって一様に流れるものと定義されました。空間もまた、絶対的な基準枠として捉えられました。

この絶対時間と絶対空間の下では、物理系の状態は運動方程式（例えばニュートンの第二法則 F=ma）によって記述されます。これらの運動方程式は、ある時刻における系の状態（粒子の位置と速度）が与えられれば、その後のあらゆる時刻における系の状態を数学的に一意に決定する性質を持っています。これが古典的な決定論です。

この決定論的世界観において、人間の行為もまた物理的なプロセスであると見なすならば、それは脳内の神経細胞の活動や化学反応といった物理的な因果連鎖の必然的な結果であると考えられます。そして、その因果連鎖は、最終的には宇宙の初期条件まで遡ることができ、未来のあらゆる行為は過去の出来事によって完全に決定されている、ということになります。

このような見方からは、自由意志の概念は成り立ちにくいように見えます。「自分が別の選択をすることもできた」という感覚は、系の初期状態や法則に関する知識が不完全であることに起因する幻想であり、現実には選択の余地はなかった、と解釈されることが多々ありました。これが、決定論と自由意志が両立しないと考える非両立可能性（Incompatibilism）の立場、特に決定論的非両立可能性（Hard Determinism）の基本的な考え方です。

一方で、決定論は真であるとしても自由意志は存在するという両立可能性（Compatibilism）の立場も存在します。彼らは自由意志を、「外的な強制によらず、自己の欲求や信念に基づいて行為する能力」のように再定義することで、決定論との両立を図ろうとします。しかし、古典物理学的な決定論が支配的であった時代において、両立可能性論者は「自己の欲求や信念」自体もまた物理的な因果連鎖の必然的な結果ではないか、という強い批判に直面し続けました。

古典物理学の時間概念は、このように決定論を支持し、自由意志の議論においては非両立可能性論者、特に決定論的非両立可能性論者に有利な基盤を提供していたと言えます。

量子力学における時間、非決定論、そして因果の再考

古典物理学が築き上げた決定論的時間観は、20世紀初頭に登場した量子力学によって揺るがされます。量子力学は微視的な世界の現象を記述する理論ですが、その基本的な枠組みは古典物理学とは大きく異なります。

量子力学における系の状態は、波動関数（または状態ベクトル）によって記述されます。波動関数はシュレーディンガー方程式に従って時間発展しますが、この時間発展自体は数学的には決定論的であり、かつ時間反転対称です。つまり、古典物理学の運動方程式と同様に、シュレーディンガー方程式だけを見るならば、過去の状態から未来の状態は一意に定まり、未来の状態から過去の状態も一意に復元できるかのようにも見えます。

しかし、量子力学の最も特徴的な側面の1つに観測があります。量子系を観測すると、系の状態は波動関数によって記述される複数の可能性の重ね合わせから、特定の1つの状態へと収縮（波束収縮）します。この収縮のプロセスは、一般的に非決定論的であると解釈されています。つまり、観測前の状態から、観測後にどの状態が実現するかは、確率的にしか予測できないのです。

この観測による波束収縮は、シュレーディンガー方程式によるユニタリー時間発展とは異なり、不可逆なプロセスであると考えられています。もし量子力学において時間の矢（不可逆性）が存在するとすれば、それは主にこの観測プロセスに関連している可能性があります。古典物理学における不可逆性（例えば熱力学の第二法則におけるエントロピー増大）は、多数の粒子からなる系の統計的な振る舞いから巨視的に現れるものと理解されていますが、量子力学の不可逆性は、より根源的な、単一の量子系に対する観測という行為自体に関連しているように見えます。

さらに、量子力学は非局所性という驚くべき性質も示します。これは、量子エンタングルメントされた2つの粒子がどれほど離れていても、片方の粒子に対する観測が瞬時にもう片方の粒子の状態に影響を与えるかのように見える現象です（ただし、情報は光速を超えて伝搬しないという意味で因果律は破られていないと解釈されます）。この非局所性は、空間的にも時間的にも局所的な原因-結果の関係に依拠してきた古典的な因果律の概念を拡張、あるいは再考することを迫ります。

このように、量子力学は、シュレーディンガー方程式の時間発展における決定論性の一方で、観測における非決定論性や不可逆性、そして非局所性といった特徴を示し、古典物理学の時間、因果、決定論の概念に複雑かつ新たな光を当てています。

量子的な時間・因果概念が自由意志論に与える示唆

量子力学がもたらす時間、非決定論、因果の概念の変容は、自由意志を巡る哲学的議論にどのような新たな示唆を与えるでしょうか。

1. 不可逆性と未来の開放性:

   • 量子力学における観測に伴う不可逆性は、古典的な決定論的時間観における「未来は過去によって完全に固定されている」という見方に対する有力な対抗馬となりうる可能性を秘めています。もし世界の基本的なプロセスの一部に不可逆性があり、それが単なる統計的な現象ではなく根源的なものであるならば、未来は過去から一意に決定されるものではない、という主張の物理的な根拠となりえます。
   • 自由意志論において、自由意志の重要な側面として「未来の複数の可能性の中から一つを選択する」という能力がしばしば挙げられます。量子力学的な不可逆性が、この「未来の開放性」を物理的に担保するものではないか、という議論が生じます。

2. 非決定論と選択の可能性:

   • 量子力学の観測における非決定論性は、「別の選択肢を選ぶことが物理的に可能であった」という自由意志の感覚を支持するかに見えます。決定論的非両立可能性論者は、もし物理的なレベルで非決定性があるならば、それは自由意志の存在の必要条件を満たす可能性があると論じます。
   • しかし、ここで重要な課題があります。量子力学の非決定論性は、現在の標準的な解釈（例えばコペンハーゲン解釈）では、本質的なランダム性として捉えられています。もし私たちの行為が量子的なランダム性によって引き起こされるのだとすれば、それは「自分が意図して決定した」というよりは、単なる偶然によって左右された、ということになります。このようなランダム性は、通常、自由意志とは結びつけられません。自由意志には、単なる偶然ではなく、行為者が理由に基づいて行為を選択するという制御（control）や合理性（rationality）の要素が不可欠だと考えられているからです。したがって、量子的な非決定論が自由意志を救済するためには、それがどのように単なるランダム性から意図に基づいた制御された選択へと変換されるのか、という「ランダム性から制御への橋渡し問題」を解決する必要があります。

3. 量子過程と脳活動:

   • 量子力学が私たちの自由意志に直接関与するためには、微視的な量子過程が巨視的な脳の活動、特に意思決定に関わる神経回路に影響を与える必要があります。多くの物理学者や神経科学者は、脳は高温多湿な環境であり、量子的な重ね合わせやエンタングルメントといった繊細な状態はすぐに周囲の環境との相互作用によって失われてしまう（デコヒーレンス）と考え、量子効果が脳の巨視的な機能に直接的な役割を果たしている可能性には懐疑的です。
   • しかし、ロジャー・ペンローズやスチュアート・ハメロフのような研究者は、脳内の微細な構造（例えば神経細胞内の微小管）において量子的なコヒーレンスが維持され、意識や自由意志の発現に関与しているという仮説（Orchestrated Objective Reduction, Orch ORモデル）を提唱しています。この仮説は広く受け入れられているわけではありませんが、量子力学と自由意志を結びつけようとする試みの一つとして、物理学と脳科学の境界領域で議論されています。

4. 時間概念の構成性と行為:

   • 相対性理論や量子重力理論の探求の中で、時間自体が何らかのより基本的な物理的実体から創発的に現れる概念である可能性も議論されています。もし時間が絶対的なものとして存在するのではなく、物質や出来事の関係性によって構成されるものであるならば、私たちの意思決定というプロセスが、何らかの形で「時間の流れ」や「未来の実現」に関与する可能性はないでしょうか。これは非常に思弁的なアイデアですが、物理学的な時間概念の根源的な探求が、自由意志における行為者の役割を哲学的に再定義する可能性を示唆しています。

結論：量子的な時間と自由意志の探求は続く

古典物理学は、一様な絶対時間の下での決定論的世界観を提示し、自由意志の概念に深刻な挑戦を投げかけました。これに対し、量子力学は、観測における非決定論性や不可逆性、非局所性といった特徴を通じて、古典的な時間・因果・決定論の枠組みに新たな視点をもたらしました。

特に、観測に伴う不可逆性は、未来が過去によって完全に固定されていない可能性を示唆し、自由意志における「未来の開放性」という直感と共鳴する側面があります。また、量子的な非決定論性は、別様の選択が可能であったという非両立可能性論者の主張に必要な物理的な根拠を提供するかに見えます。

しかしながら、量子力学の非決定論性が自由意志の根拠となるためには、それが単なるランダム性ではなく、いかに行為者の制御に基づいた選択へと繋がりうるのか、という難しい課題が残されています。また、量子効果が人間の意思決定という巨視的なレベルの脳機能にどこまで、あるいはどのように関連するのかについても、現在のところ明確な科学的合意は得られていません。

量子力学がもたらす時間、因果、非決定性の概念は、決定論と自由意志を巡る哲学的議論に新たな角度と豊かな示唆を与えています。これらの示唆が自由意志の存在を直接的に証明するものではないとしても、古典物理学の枠組みでは捉えきれなかった可能性の探求を促しています。物理学における時間概念の進化と、哲学における自由意志の根源的な探求は、今後も互いに影響を与え合いながら進展していく、刺激的な知的領域であると言えるでしょう。