重力は「宇宙が巨大コンピューター」であることの証拠となる / Credit:Canva

重力といえばリンゴを木から落とすあの引力ですが、最新の研究ではまったく新しい見方が提案されています。

イギリスのポーツマス大学（UoP）のメルビン・ヴォプソン博士は、「重力は宇宙が情報を整理整頓する過程で生じる副産物ではないか」という大胆な仮説を打ち出しました。

簡単に言うと、宇宙そのものが巨大なコンピューターのように振る舞い、自身の中のデータをきれいにまとめようとする（情報を圧縮しようとする）結果として重力が生まれる、というのです。

このアイデアは一見突飛に思えますが、新たな研究ではその可能性が示されることになりました。

私たちが常識としてきた“万有引力”は本当に情報整理の副産物へと書き換えられてしまうのでしょうか？

研究内容の詳細は2024年03月14日に『AIP Advances』にて発表されました。

目次

もし重力がZIPだったら――引力に潜むシミュレーションのサイン「重力＝宇宙のZIP機能説」――私たちは巨大コンピューターの中にいる？重力再定義：アルゴリズムか、基本力か

もし重力がZIPだったら――引力に潜むシミュレーションのサイン

重力は「宇宙が巨大コンピューター」であることの証拠となる / Credit:Canva

私たちの宇宙全体が巨大なシミュレーション、あるいはコンピューターであるという考えは、新しいものではありません。

これは哲学者からイーロン・マスクのようなテクノロジー業界の先見者まで、多くの思想家を魅了してきた、議論の的となっている仮説です。

この仮説の背景には、「情報の宇宙」という考え方があります。

近年、一部の科学者や思想家の間で、宇宙は情報でできておりコンピューターのように動作しているという仮説が語られています。

映画『マトリックス』で描かれたようなシミュレーション宇宙論を連想するかもしれませんが、情報物理学という分野のアプローチはやや異なります。

情報物理学では、物質やエネルギーと同様に「情報」も物理的な存在と捉え、宇宙の現象を情報の観点から説明しようとします。

ヴォプソン博士も以前から「情報には質量がある」「素粒子（物質の最小単位）はそれ自体が情報を保存している」といった研究を発表しており、現実世界をデータの集まりとして考える視点を追求してきました。

そんな中で提唱されたのが「情報力学の第二法則」という仮説です。

これは熱力学の有名な第二法則（エントロピー増大則）になぞらえたもので、時間が経つと宇宙の情報エントロピー（情報の乱雑さ）は維持されるか減少していくとされています。

噛み砕いて言えば、「宇宙では時間とともに情報が圧縮され、整理されていく傾向にある」ということです。

私たちの身の回りで考えてみると、パソコンがデータを圧縮してディスク容量を節約したり、一つのフォルダにファイルをまとめてZIPなどで圧縮してスッキリ管理したりするようなイメージに近いでしょう。

ヴォプソン博士らは、この情報圧縮の原則が宇宙全体で働いていると考えました。

もし宇宙が本当に「計算する存在」なら、余分な情報をどんどんまとめて処理を効率化しようとするはずだ——この考えが重力の新解釈につながっていきます。

確かに一つに固まった物体なら、その位置や運動を計算で追跡するのは簡単ですが、細々と分散した複数の物体をそれぞれ追いかけるのは（コンピューター的には）手間がかかります。

宇宙が“計算を楽にする”ために物質をまとめる方向に働くのだとしたら、重力という不思議な力にも情報論的な理由付けができるかもしれません。

しかし重力の正体が計算を楽にするために存在することをどのように立証したらいいのでしょうか？

「重力＝宇宙のZIP機能説」――私たちは巨大コンピューターの中にいる？

重力は「宇宙が巨大コンピューター」であることの証拠となる / Credit:Canva

どうやって重力の正体が情報論的なものだと証明するのか？

一見すると世紀の難問に思えますが、ヴォプソン博士は非常にスマートな方法を思いつきました。

まずヴォプソン博士は、宇宙空間を細かいグリッド状の「情報セル（ピクセル）」に区切って考えるモデルを用意しました。

各セル（空間の一マス）はデータを保存するハードディスクのビットのようなもので、中身が空なら「0（ゼロ）」、物質が入ると「1（イチ）」として情報が記録されると想定します。

このモデルでは、一つひとつの素粒子はそれぞれ情報セルに存在し、宇宙全体は無数の0と1で表現されていることになります。

そしてヴォプソン博士はこのシミュレーション世界に、情報エントロピーは減少していくという情報力学第二法則を反映したルールを設定しました。

先にも述べたようにこれはヴォプソン博士らが提唱する法則で、宇宙における情報エントロピーは時間とともに増えず、一定か減少する傾向にあるというものです。

言い換えれば、宇宙（このモデル内の計算機的な宇宙）は情報をできるだけ散らかさず、むしろきちんと片づけて減らしていこうとする性質を持つと仮定しているのです。

シミュレーションもこのルールに従って、粒子が自発的に集合し情報エントロピーが減る方向へ系が進むようになります。

3Dゲームでも複数の物体が飛び回る様子を描くのに多くの計算力が消費されますが、それらをまとめて1つの塊とした場合、その様子を描くのに必要な情報や計算力は大幅に削減されます。

あるいは複数のファイルをまとめてZIPにすると管理が楽になり、必要となる演算力の節約につながることになります。

さらに重要なことに、シミュレーション空間のルールには「重力」のような物体同士が引き合う力を加えないようにしました。

一見すると、重力の設定が無ければ、シミュレーション空間内の物質はいつまでもバラバラのままのように思えますが、ヴォプソン博士はかまわずシミュレーションを実行しました。

するとあたかも重力が存在するかのように遠く離れて点在する物質同士が互いに引き寄せ合い、やがて全ての物質が一箇所に固まったのです。

この結果を受けてヴォプソン博士は、情報を圧縮して計算力を節約しようという基本ルールを設定すると、それこそが重力になると結論しました。

言い換えれば、重力とは宇宙がデータをひとまとめにして効率良く管理するために生じるZIPファイルのような力だという視点です。

ヴォプソン博士の主張は一見するとトンデモ理論に思えるかもしれません。

しかし重力という唯一無二の極めて特殊な現象を、情報の圧縮という演算機側のルール（情報力学第二法則）で再現できたという点は、驚きと言えるでしょう。

言い換えればこれは、情報力学第二法則の原理から重力が導き出される存在である可能性を示すからです。

ではこのような新たな視点は、物理学をどのように変えていくのでしょうか？