「科学・数理（サイエンス）」カテゴリーアーカイブ

物理学と生物学は両方とも科学の基礎である。しかしその特性は大きく違う。物理学は自然の一般性の基礎であり、生物学は自然の特殊性の基礎と言える。

科学には還元主義という考えがある。還元主義とはその名の通り、現象をより根本的な要素に還元してく思想である。例えば、生命現象を還元していけば化学にたどり着き、その化学をさらに還元していけば物理学にたどり着く。その物理学の中で最も還元していった極限にあるのが素粒子論である。

すなわち、還元の矢の先端にあるのが生物学で、矢の根っこにあるのが物理学である。還元の矢の先端に近ければ特殊的性質の色が強く、矢の根っこに近ければ一般的性質の色が強くなる。（紛らわしいが、矢印の根の部分を最初の部分という意味で“先端”と呼び、矢印の先端を最後にたどり着く部分という意味で“根っこ”と言っている。）

生物学の面白さはその特殊性にあり、物理学の面白さはその一般性にある。とは言っても特殊科学である生物学の研究においても、その中にある普遍性を突き詰めることが最も重要になる。ワトソン・クリックの遺伝子の二重らせんはその最たるものであろう。

物理の研究者にとっても生物学的知見は素養として重要であり、生物学者にとっても物理学的素養は重要である。それを行動において強く示したのが量子力学を打ち立てた物理学者・シュレーディンガーの著書「生命とは何か」であろう。

細部を極めるのも必要であるが、広く科学の一般的知見を身に付けることもそれに劣らず重要である。

雑誌で小保方晴子氏が書かれたコラムを読みながら、ふと思った。「小保方晴子氏を知りたい！」

なぜ小保方氏を知るべきなのか？それはいくつか理由がある。その中でも一番の理由は、小保方氏を知ることによって、生物学の研究の世界のあり方、常識が理解できるからだ。

小保方氏の生物学での足跡は、言うまでもなく悪しき足跡だ。本人に悪意があったか無かったかは僕には知る由はないが、悪意の有無に関わらず小保方氏の責任は重い。STAP騒動以降、小保方氏には暗い影が落ちている。その中でも一番の闇は、笹井氏を亡くしたことであろう。

小保方氏の実験ノートが公開されていたが、素人の僕から見てもひどいものであった。小保方氏の行った実験の在り方を反面教師として、生物学の実験とはどうあるべきなのかということが見えてくる。

同じ科学でも、物理学や数学の世界と生命科学の世界では全くしきたりが異なる。小保方氏を通して生命科学の世界を少しでも覗いてみたいと強く感じる。

このタイトルは書き間違いではない。“不幸”にも科学は人間の役に立ってしまったのである。

ある物事が人間の役に立つことは悪いことではない。ほとんどの人は、いかに人間の役に立てるかということを考えて物事に取り組んでいるのであろう。

ではなぜ、人間の役に立つことが不幸なのか？

現代において、科学はあまりにも人間の役に立ってしまったので、科学は人間の役に立てるものと誤解している人が多い。いや、ほとんどの人はそう思っているであろう。しかし、ニュートンが物理学を打ち立てたのは役に立てるためではないし、アインシュタインだってそうである。２０世紀初めに、相対性理論を人間の役に立てるなどと言ったら、ほとんどの人は鼻で笑っていたであろう。

科学は人類の知見であり、人間のレベルを指し示すものと言ってもいいだろう。人間が人間らしく生きる知恵であり。極端に言えば人間そのものと言える。そのような思想の絶頂期はギリシャ時代であった。アリストテレスもアルキメデスも、人類の知見と思想を高めるために数学や科学の研究に打ち込んでいた。また、それがギリシャ時代の知識人の常識であった。

この様な考えは現代人にはとうてい受け入れられるものではないかもしれない。しかしそれはギリシャ人より現代人が進化した結果だとは言えない。むしろ思想的には大きく退化している。

確かに現代では科学的知識は大きく進歩した。しかし人間の本質的部分では、現代人がギリシャ人から学ぶところは決して少なくない。

先入観とは、良く言えば“経験”であるが、悪く言えば“思い込み”である。経験をもとに先入観を構築していくことによって知識は体系化されていくが、壁にぶつかり飛躍が必要になった時には先入観を排除する必要がある。

物理学の歴史で言えば、一番大きな先入観の排除につながったのは、アインシュタインが特殊相対性理論を打ち立てた時であろう。アインシュタインは、それまでの経験的常識であった“ガリレイの相対性原理”を否定することによって、既存の理論を大きく変えることになった。

２０世紀の科学における二大発見は、“相対性理論”と“量子力学”である。しかしその成り立ちは大きく違う。量子力学が時間をかけて多くの研究者が構築していったのに対し、相対性理論はアインシュタインが突然世に出した。量子力学の成り立ちが“連続的”ならば、相対性理論は“断層”である。しかし双方に共通するのは、先入観の排除だと言えよう。

科学を例に取り上げたが、これらの教訓はあらゆることに対して言える。既存の事柄の継続を行うのなら先入観によって進めるのが手っ取り早いが、飛躍を望むのならば先入観を排除しなければならない。

一度染みついた先入観を排除するのは容易いことではないが、それを乗り越えた時、その先にはエキサイティングな世界が広がっている。

過去に多くの人を退けた難問に取り組むならば、過去に取り組んだ人間と同じ道を歩んではならない。同じ道を歩めば、同じ壁にぶつかることは分かっている。同じく壁にぶつかるならば、違う壁にぶつからなければならない。

一億円の懸賞金が懸けられた数学のミレニアム問題であったポアンカレ予想の解決への道筋は、まさしく良い例だ。ポアンカレ予想は長くトポロジー（位相幾何学）の問題だと考えられ、ほとんどの数学者はトポロジー的手法によってポアンカレ予想に取り組んでいた。しかしペレルマンは分野違いの微分幾何学的手法によって解決した。

学問でもビジネスでも、大きな問題に取り組むのは良いことだが、それよりも理想的なのは自分で問題を大きくすることだ。さらに言えば、自分で問題を発見するのが最高である。世間では問題を解くことだけがクローズアップされがちであるが、問題を見つけることはそれ以上に重要である。

なぜ科学というものが存在するのか？それは自然が驚くほど整合性が取れているからである。もし自然が非常に無秩序で何の法則性もなければ、科学というものは存在しえない。

特に興味深いのが、数学と物理学の密接性である。物理理論は必ず数学的な形を取っており、数学的探究によって前に進んで行く。物理とは自然の一番根本に存在する理論であり、それは自然を追及すると必ず数学的な姿をまとっていると言える。

物理を追及することによって自然の理解を深めることができるが、それは自然が数学的整合性を保っているからである。アインシュタインが「なぜ人間は宇宙（自然）を理解できるかがわからない」と言ったそうだが、それは「自然はなぜ整合性が取れているのか？」という問いに言い換えられる。

物理学を創始したニュートンの一番偉大な発見は、「自然は整合性が取れている」と言うことができるかもしれない。ニュートン以来、科学者が行ってきたことは、自然の整合的法則の発見、整合的理論の構築だと言える。

こちらは原因を聞いているのに、その答えとして結果を言う人が非常に多い。そうなったのはなぜか？と聞いているのに、それが全然答えになっていないのだ。

これは日常の人付き合いにおいてもよく起こりえることだが、驚くべきことに科学者であっても原因と結果の区別がつかない人がいる。それは特に、生物学・生命分野関係の専門家に多い。

例えば、ダーウィンの進化論などはその最たる例だ。ダーウィンの進化論を履き違えている人は非常に多い。ダーウィンは、何かを（自然が）欲求すればそのようになってくると言いたいのではない。ダーウィンの本質は自然淘汰である。しかし多くの人はそれを理解できていない。ダーウィンの進化論において、自然淘汰を遺伝子レベルで厳密に解明することは大きな課題であろう。

原因と結果の違いを理解できないということは、非常に危機的状況である。そのような点をしっかりと見抜かなければ、疑似科学・エセ科学に騙されることになる。そういう意味では小さいころから科学的素養を身に付けることは非常に重要である。

イギリスの物理学者・ホーキング博士が亡くなられた。ホーキング博士は車いすの物理学者として有名で、宇宙物理学が専門と言われているが、一般相対性理論を深く追究されており、相対論と量子論の学際分野で活躍されていたという印象がある。

僕がまだ中学生くらいの頃、「ホーキングの最新宇宙論」という一般向け書物を書かれて僕も興味深く読んだが、一般相対論の専門書「The large scale structure of space-time」は専門家の間では座右の書として有名だ（僕もこの本には少しお世話になっている）。

僕個人的には、ブラックホール・エントロピー（ベッケンシュタイン・ホーキング・エントロピーとも言う）に関する論文を読んだことを思い出す。

これらの分野では、ホーキング博士と並び、同じくイギリスの物理学者・ペンローズ博士が双璧だが、今回のホーキング博士の死去はその片翼を失ったという印象を受ける。

ホーキング博士も取り組んでいた、一般相対論と量子論の融合（量子重力理論）はまだ未完成だが、ホーキング博士の遺志をついでこの理論を完成させる人物は出てくるのか？それとも全く違う形で解決されるのか？これからの理論の発展に注目だ。

先日、超新星の爆発の瞬間を偶然撮影したアルゼンチンのアマチュア天文家が話題になった。超新星爆発の瞬間は全く予測できないので、プロだから撮影できるというものではない。従って在野にいる多くのアマチュア天文家の力が必要になる。もちろん撮影データの解析はプロがするのだが、撮影に成功したアマチュア天文家の功績は絶大だ。

多くの分野ではプロとアマチュアでは力の断層があり、トップアマチュアでも普通のプロにはかなわない。それは昨今話題になっている将棋の世界でも明らかだ。将棋ではアマ四段が奨励会（プロへの登竜門）六級程度と言われ、さらにプロは奨励会三段を切り抜けた四段からだ。

しかし天文の世界のアマチュアは面白い。アマとプロが協力体制を敷いているのだ。今回の重要な発見に関するネイチャー（一流論文雑誌）に掲載された論文の著者には、プロの名前に混ざってアマチュアの天文家の名前もある。

アマチュアとプロとの役割の違いはあるが、アマが論文に名前を連ねることができる天文の世界は、アマにとっても非常にエキサイティングである。

「統計学は最強の学問」というタイトルの本を以前見かけたことがあるが、使い方を誤れば「統計学は最低の手法」に成り下がってしまう。統計学はただ単に正確なデータを集めればいいわけではない。問題は集めたデータをどのように処理・解釈するかだ。同じデータでも解釈の仕方によって正反対の結果を導いてしまうこともある。

僕が最も短絡的だと感じているデータは、地震・火山による災害データだ。よく「前回の地震から何十年経っているから、もうそろそろ危ない」といった話をよく聞く。確かに歴史的に見ればそのような見解はあながち間違いではない。しかしそのようなデータは科学を全く無視している。そのような見解は歴史学でしかない。時として統計は科学的見地と融合させることによって絶大な威力を発揮する。

そして統計の誤用の身近な例は、「今まで負け続けたから、次は勝つ頃だ」という使用例だ。これは数学的・確率論的に言えば全く根拠がない。

統計に盲信すれば、統計に騙され誤った判断を下してしまう。常に正確な判断を下すためには、統計の本質を理解し、正確に運用しなければならない。