On the detection of absolute velocity in a Newtonian universe

宇宙規模の偉大なるスピード・トラップ

広大な、何もない海の中に浮かんでいるところを想像してみてください。あなたの周りには水と、あなた自身のボート以外には何もありません。もし外を見て、近くに漂っている別のボートが見えたら、そのボートがあなたのボートに対してどれくらいの速さで動いているかは簡単に分かります。あなたと相手のボートの間の距離が変化するのを見ることで測定できるのです。これを私たちは相対速度と呼びます。つまり、他の何かに対して測定された速度のことです。しかし、もし他のボートとは無関係に、水そのものの中を自分のボートがどれほどの速さで進んでいるかを知りたいとしたらどうでしょう？かつての物理学、具体的にはアイザック・ニュートンの記述した宇宙においては、宇宙全体を満たす「絶対空間」と呼ばれる、隠れた、目に見えない格子が存在すると信じられていました。この格子は、宇宙というドラマが繰り広げられる、巨大で動かない舞台のようなものでした。この見解によれば、あらゆる物体は、隣接する物体に対する速度だけでなく、この目に見えない舞台に対する真の「絶対的な」速度を持っていることになります。

何世紀もの間、大きな疑問はこうでした。「果たして、この絶対速度を実際に『見つける』ことは可能なのか？」という問いです。ニュートン自身から受け継がれた標準的な答えは、断固とした「ノー」でした。その論理はこうでした。私たちが測定できるすべての力（重力や衝突など）は、物事が互いにどのように動いているか（相対的な関係）のみに関心を持つため、宇宙全体が目に見えない舞台の上をゆっくりと漂っているのか、それとも静止しているのかを知る術はない、というものです。絶対速度は、宇宙が私たちに隠し続けている秘密であるというのが、宇宙の根本的なルールだと考えられていました。しかし、もしそのルールが自然界の法則ではなく、単に私たちの問いかけ方の間違いだったとしたらどうでしょう？

この論文の大きなひねり

この論文において、メキシコ国立自治大学のホルヘ・マネロ、リカルド・ムシーノ、エリアス・オコンは、この古いパズルに対して新鮮な視点を提示しています。彼らは、現代の現実の宇宙において絶対速度を見つけられることを証明しようとしているのではありません（なぜなら、私たちの宇宙は実際にはニュートン力学的ではないことを知っているからです）。そうではなく、彼らは純粋に理論的なニュートン力学的な宇宙の中で「もし〜だったら」というゲームを行い、絶対速度を見つけることに対する古い議論が本当に成立するのかどうかを検証しているのです。

著者たちは、絶対速度が検出不可能であると信じる標準的な理由には、循環論法が含まれていると主張しています。それは、「地図には既に見えているものしか描かれていないから、隠された宝物を見つけることはできない」と言っているようなものです。彼らは、古い議論が、宇宙全体をシフトさせたときに変わらないもの（相対的な距離など）だけが測定可能であるという前提を、最初から置いていることを指摘しています。しかし、この論文は、ニュートンの法則においてそのような仮定をしなければならない形式的な理由は存在しないと示唆しています。

彼らの主張を理解するために、ニュートン力学の世界にいる二人の友人、サリーとハリーを想像してみてください。古い議論によれば、もしサリーが自分の絶対速度を測定してハリーに伝えようとしても、彼女が送る「メッセージ」（例えば手紙）は相対的なもの（紙の上のインクであり、部屋全体が動いても変化しないもの）で構成されているため、伝えることはできません。したがって、メッセージは彼女の絶対速度という秘密を運ぶことはできない、というわけです。著者たちは、この推論には欠陥があると述べています。彼らは、たとえ「メッセージ」が相対的であったとしても、それによって「測定結果」が相対的にならなければならないという理由にはならない、と主張しています。

ここで、彼らが用いる遊び心のある比喩を紹介しましょう。あなたが、通り過ぎる車の速度を測定する機械を持っていると想像してください。ニュートン力学的な宇宙では、もしあなたが車をあなたの機械にぶつけた場合、機械の最終的な速度は、車の初期速度に基づいて変化します。たとえその「衝突」が、両者が互いにどれくらいの速さで動いているか（相対速度）にのみ関心を持っていたとしても、機械の最終的な絶対速度（目に見えない舞台に対する速度）は、車の初期の絶対速度を完璧に記録したものになるはずです。機械は目に見えない舞台について「知る」必要はありません。ただ、衝突に対して反応すればよいのです。機械の最終的な速度こそが、測定値となるのです。

著者たちは、ニュートン力学的な宇宙において、測定装置の最終状態（跳ね返るボールや回転する車輪など）が、それが衝突した対象物の初期の絶対速度を符号化（エンコード）する、完璧に有効な実験を設定できることを示しています。数学的な計算は完璧に成立します。私たちがこれができないと考える唯一の理由は、私たちが「測定」とは絶対速度を無視するように記録されるべきものだと、恣意的に決定しているからです。しかし、この論文は、これは私たちが作り上げたルールであって、物理法則に書かれたルールではないのだと主張しています。

では、結論はどうでしょうか？論文は、ニュートンの理論自体の中に、絶対速度が検出不可能であると断言する形式的な理由はないと結論付けています。それが不可能であるという有名な主張は、硬い事実ではなく、論理的なループに基づいています。著者たちは、自分たちの研究が、現実の世界において絶対速度が検出可能であることを証明したわけではない（私たちの世界はニュートンのルールを正確には踏襲していないため）という点には慎重です。しかし、絶対速度は検出不可能であるはずだとする古い議論が、破綻していることは証明しました。これは、あることが測定不可能に感じられるとき、それは宇宙がそれを禁止するルールを持っているからではなく、単に正しい問いの立て方を見つけていないだけかもしれない、ということを思い出させてくれます。