特殊相対性理論は、未来と過去の概念を拡張するものとして、未来の円錐の考え方を広げます
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2021年9月30日
エパミノンダス・クリストフィロポロス、UNESCO未来研究部門長、FORTH/PRAXI、モリホヴォ広場、546 25、テッサロニキ、ギリシャ。
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この記事の目的は、未来研究において未来の円錐が使用される方法を拡張することが可能かどうかを調査すること、特に未来のさまざまな代替の発展や、異なる未来、異なる過去、そして現在との間の相互関係を考慮することです。
物理学において、研究者たちは大きな物体や小さな物体、それらの物体の動き、そしてそれらの物体が関与する事象に多くの注目をしています。彼らはこれらの事象の発展を計算し、複雑なシステムを研究し、時折未来に関する予測も行います。しかしながら、物理学において、そして未来研究においても、研究者たちは不確実性を受け入れ、さらにはその不確実性を積極的に取り入れています。例えば、ハイゼンベルクやシュレディンガー、そしてその他の物理学者たちは、不確実性を美しいものとして受け入れています。ハイゼンベルクの不確実性原理は、物体の正確な位置とその速度を同時に知ることは決してできないと述べています（Wiseman, 2012）。別の例として、シュレディンガーの猫の逆説によれば、箱の中の仮定の猫は、箱が開けられるまで、同時に死んでいるとも生きているとも考えられるべきだとされています（Kramer, 2013）。
同様に、未来研究において研究者たちはシステムを研究し、中期から長期の未来を調査するための多数のツールを利用しています。物理学と同じく、未来研究も不確実性を本質的に受け入れており、それはアマラの未来に関する三つの法則（Amara, 1981）によって強調されています：1) 未来はあらかじめ定められているわけではない、2) 未来は予測することはできない、3) 現在の選択によって未来の結果を影響させることができる。
この記事は、二つの学問分野を「結びつける」試みとして、アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論とその幾何学である時空のミンコフスキー幾何学（Dray, 2012）が、未来研究で広く使われている未来の円錐の概念とどのように関連しているかに焦点を当てています。特に、未来の円錐の概念化をどのように拡張できるかに注目しています。
まず、未来の円錐の概念とその主なバージョンについて簡単に説明します。次に、この論文はミンコフスキー空間とその光の円錐について説明します。最後に、二つの概念の間の明らかな類似点や、未来研究での未来の円錐の利用方法を拡張するためのアイデアについての議論があります。
未来研究：未来の円錐
未来学者たちは、過去数年にわたり、「可能な未来」「確実な未来」そして「好ましい未来」の3つの主要なクラスについて語ってきました（図1）。この「可能性の円錐」に関する最初の公的な言及は、1990年にチャールズ・テイラーによって彼の「戦略的計画のための代替的な世界のシナリオ」(Taylor, 1990)で提案した地政学的シナリオを示すために行われました。テイラーの「可能性の円錐」の初期の発展以来、トレヴァー・ハンコック、クレメント・ベゾルト、そしてジョセフ・ヴォロスなどの未来学者によって、2003年に7つの代替的な未来を含む円錐の超拡張版を作成するなど、多くの簡略化された現代的な代替案が開発されてきました(Voros, 2017)。
上図：日本語訳
以下は、ヴォロスの未来の円錐の主な特徴を簡潔に説明したものです（Voros, 2017）：
- Potential/ポテンシャル(潜在性) ：現在の瞬間を超えたすべてが潜在的な未来です。この考えは、未来は決定されておらず、「開かれている」という前提からきており、必然的や「固定された」ものではありません。
- Preposterous/前提のない(非現実的な）：我々が「ばかばかしい」と判断する未来や、「不可能」と見なされる未来、または「決して」起こらないと思われる未来。
- Possible/可能性がある ：我々が「起こるかもしれない」と考える未来。これは、我々がまだ持っていない将来の知識に基づいており、しかし、いつかはそれを得るかもしれないということに基づいています。
- Plausible/考えられる：現在の私たちの世界の理解（物理法則、社会的プロセスなど）に基づいて、私たちが「起こり得る」と考える未来。
- Probable/可能性が高い：現在のトレンドに基づいて、私たちが「起こる可能性が高い」と考える未来。
- Preferable /望ましい：私たちが「起こるべき」や「起こった方が良い」と考える未来。
- Projected/予測される：（単一の）デフォルト、いつもの通り、基準、過去を現在を通して持続させる「線形予測」の未来。
- （予想される）：誰かが「起こる」と主張する未来。
ヴォロスは、未来のいくつかの追加的な細分化を主に取り入れて、初期のフューチャーズコーンの概念を拡張することに成功しました。この未来の円錐版は、マトリョーシカ人形のセット（図2）としても想像でき、すべての異なる部分（クラス）の未来が前提のない未来の人形に含まれています。しかし、この代替の視覚化、マトリョーシカのパラダイムは、未来の視野が拡張されているにもかかわらず、未来がまだ制限的な方法で説明されていることを示しています。
実際に、未来を研究する多くのケースにおいて、未来の円錐が非常に役立っていることを認めるべきです。それは、ニュートン物理学が単純なシステムの広範な範囲で私たちに役立つのと同じです。しかし、未来の円錐を用いて未来を想像する助けとして使用する際に、いくつかの概念的な疑問が生じるかもしれません：
・円錐の頂点に立っている観察者は誰ですか？
・この未来の円錐は、全体的な未来を表しているのですか、それとも特定の観察者に関連する主観的な未来のみを表しているのですか？
・円錐の外側に何かありますか？ヴォロスは伝統的な未来の円錐に「あり得ない」未来をすべて含む部分として、とんでもない未来を追加して拡張しました。では、この「境界線」の外にも何かありますか？
また、現在の未来の円錐の説明は、円錐内のさまざまな「イベント」の相互接続を説明していません：これらの「イベント」は円錐内で何らかの方法で接続されているのでしょうか、特にこれらのイベントに影響を与えることはできるのでしょうか？さらに、未来の円錐は過去の情報を提供せず（過去は未来研究で考慮される）、過去が現在の瞬間とどのように関連しているかについての情報も提供しません。最後に、過去は未来のように複数形なのでしょうか？
物理学：特殊相対性理論とミンコフスキー時空
20世紀初頭の物理学者を想像してみてください。その時代、すべては18世紀に開発されたニュートンの理論によって独占されていました。
1905年、アルベルト・アインシュタインは相対性理論を発表しました。この理論は、相対的に一定の速度で動いている場所間の動きをどのように解釈するかを説明しています（Zimmerman Jones & Robbins, 無日）。しかしながら、当時の世界の科学コミュニティ、特に主にイギリスの物理学を広く受け入れていた者たちにとって、アインシュタインの理論は実用的でなく、不合理として当初は嘲笑されました（Wills, 2016）。
アインシュタインの特殊相対性理論は、空間と時間の間に基本的な繋がりを作り出しました。それ以来、宇宙は4次元（三つの空間と一つの時間の次元）を持つと見なされるようになり、それは永遠に私たちが物理的な世界（そしてなぜ未来でないのか？）をどのように見て、経験するかを変えました。
1907年、ヘルマン・ミンコフスキーは特殊相対性理論を基盤として、空間と時間の関係を視覚化する方法を探求しました。これは特に相対論的効果についての疑問を解決するのに非常に有用でした（Norton, 2015）。以下は、特殊相対性理論に基づく人間の状態の視覚的表現で、その時空は常に光の円錐のようなミンコフスキー図によって表現される（図3）。
日本語wiki
ミンコフスキーの時空は、以下の4つの主要な要素によって構成されています（Sard, 1970）。
- 特定の瞬間に発生する事象P。
- Pの絶対的な未来：ここでのすべての事象は未来に発生します。事象Pは理論的にこの光の円錐のこの部分内のすべての事象に影響を与えることができます。
- Pの絶対的な過去：ここでのすべての事象は過去に発生しました。それには、事象Pに直接的または間接的に影響を与えた事象が含まれます。
- 光の円錐外の他の場所。この領域は事象Pの影響を受けませんし、別の宇宙に属していると考えられます。
要するに、光の円錐は、未来の光の円錐と過去の光の円錐という2つの部分に分かれます。過去の光の円錐内の出来事のみが、光の円錐の頂点の出来事の原因となることができ、光の円錐の頂点の出来事は未来の光の円錐内の出来事に影響を及ぼすことができます（図4）。
未来の円錐と光の円錐：私たちの未来理解の拡大
特殊相対性理論を使用して私たちの想像力を拡張し、未来の円錐の不完全さを「解消」するというアイディアに触発されて、同じアイディアを使用して機械学習を改善するための新しい論文が公開されました（Vlontzos, Rocha, Rueckert, & Kainz, 2020）。特殊相対性理論には他の学問分野が使用できる興味深いものが確かに存在するようです。
では、ミンコフスキー空間は未来研究に何を提供するのでしょうか？この記事の前のセクションで取り上げられた問題について、さらに詳しく議論することは可能ですか？
- 未来の円錐の頂点に立っている観察者は誰ですか？
- 未来の円錐は、全体的な絶対的な未来を含んでいるのですか、それとも特定の観察者に関連した主観的な未来のみを含んでいますか？
- 未来の円錐の外に何かありますか？Voros（2017）は伝統的な未来の円錐を拡張し、あり得ない未来を追加し、それらを円錐の「不可能な」未来をすべて含む部分として説明しました。では、この「境界線」の外にも何かありますか？
- 未来の円錐は因果関係のルールについて何か言及していますか？
もし、ミンコフスキーの光の円錐で説明されているような特殊相対性理論の概念が適用されるのであれば、未来の円錐はアップグレードされ、下に示すように未来（および過去）の概念化を豊かにする追加の属性を得ることができるでしょう（図5参照）。
絶対的な未来
円錐の先端が特定の出来事の現在の時間を表していると考えることができます。したがって、円錐が絶対的な未来のより「実際的な」表現を提供していると仮定することができます。未来の円錐はもはや観察者の主観的な想像を視覚化していません。それはむしろ、ある出来事の客観的な未来が無限の可能性に開かれているという事実を視覚化しています。
過去の多元性
未来の円錐は、過去の表現を含まないのが自然ですが、遠見の演習のいくつかの部分では過去が考慮されます。この拡張された「すべての円錐」には過去が含まれており、過去の多元性を強調しています。『絶対的な』過去の出来事は、円錐の先端の出来事に直接的または間接的に影響を与えた可能性があるものです。未来が多元的であるように、過去にも同じことが当てはまります：過去の円錐内の異なる出来事が、因果関係の曲線上で現在の出来事を引き起こし、それを作り出すことができます。
出来事の因果関係
ミンコフスキーの光の円錐は、何が何とつながっているのかを示すことで、円錐内の出来事間の因果関係を示しています。ある出来事「P」を考慮すると、未来と過去の光の円錐は、Pと関連する時空内のすべての出来事を含んでいます（図6）。過去の光の円錐には、Pに因果的に影響を及ぼすことができるすべての過去の出来事が含まれており、未来の光の円錐には、Pから因果的に影響を受けるすべての出来事が含まれています。したがって、ミンコフスキーの光の円錐は、現在の瞬間に行われる行動が未来に影響を及ぼすことを示しており、実際にアマラの第3の法則の直接的な証明を提供しています。
「すべての円錐」の「未来」の部分は、絶対的な未来を表しているだけでなく、実際には私たちが直接的または間接的に影響を及ぼすことができる未来を示しています。カオス理論のバタフライ効果を考えてみてください。これは一般的に受け入れられており、微小な出来事の過大な意義を強調するために使用されています（Vernon、2017）。
未来の全体性
特殊相対性理論とミンコフスキー時空の可視化は、未来（または過去）を確実/可能/ありそうな領域に分けることはありません。唯一の限界（物理学の法則による）は光の速度です。したがって、ミンコフスキー時空の円錐の表面は絶対的な限界であり、円錐の表面は、光の速度で移動する場合のみに発生する未来の事象を表します。アインシュタインによれば、円錐内の何もかもが発生する可能性があります。したがって、すべての円錐は、上記のマトリョーシカ人形の例（図2）で描写されているように、未来を制限的な方法で考えるのを防ぐことができます。
円錐の外にある未来は何ですか？
未来研究において、円錐の外側に何があるのかの具体的な説明はありません。Voros (2017)は、現在の瞬間を超えたものすべてを「潜在的な未来」として述べていますが、そこに何があるのかという疑問は残ります。ミンコフスキー時空は、この問いに答えを提供できるかもしれません。上記で述べたように、時空は、事象“P”に因果的に影響されるすべての事象をカタログ化しています。一方、円錐の外側にあるものは、“P”に因果的に影響されない事象であり、これらの事象を実際に「見る」または「コミュニケートする」ことはできません。過去と未来の両方の光の円錐の外にある時空のこの残りの領域は、他の宇宙のような他の場所を表し、そこで事象が異なる方法で発生し、進化し、異なる未来を創出することができます。
エピローグ
「すべての理論」(TOE)は、宇宙のすべての既知の物理現象を説明する仮説的な枠組みです。研究者たちは、20世紀初頭の量子力学の発展とアルベルト・アインシュタインの相対性理論の登場以来、このようなモデルを探し求めてきました（Mann, 2019）。残念ながら、この記事は未来研究と物理学を組み合わせた「すべての理論」を提示する意図はありませんが、相対性理論の概念を基にして、(1)未来を想像する私たちの精神的能力を拡大するためと、(2)物理学によれば、最も小さな行動でさえ未来の事象に影響を与える可能性があることを認識して、力を与えるためのものです。
ノート
- 例えば、列車、自動車、宇宙船のようなもの。
- 電子、光子、ニュートリノなどのようなもの。
- 通常のユークリッド空間幾何学とは対照的に。
- 簡単のため、この論文に関連するミンコフスキー時空の要素のみが説明されています。
参考文献
Amara, R. (1981). 未来の領域：定義と境界を求めて。The Futurist、15, 25-29。
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Dray, T. (2012). 特殊相対性理論の幾何学 (第1版). A K Peters/CRC Press.
Kramer, M. (2013年8月14日). シュレディンガーの猫の逆説背後の物理学. ナショナル ジオグラフィック ニュース. https://www.nationalgeographic.com/news/2013/8/130812-physics-schrodinger-erwin-google-doodle-cat-paradox-science/
Mann, A. (2019年8月29日). すべての理論とは何か? Space.Com. https://www.space.com/theory-of-everything-definition.html
Norton, J. (2015年2月9日). スペースタイム。Einstein for Everyone. https://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/spacetime/index.html
Sard, R. D. (1970). 相対論的力学 – 特殊相対性理論と古典粒子力学。ニューヨーク: W. A. Benjamin. ISBN 978-0805384918.
Taylor, C. W. (1990). 戦略的ビジョンの創出。戦略研究所, アメリカ陸軍戦争大学。
Vernon, J. L. (2017). バタフライ効果を理解する | American Scientist. American Scientist, 105(3), 130.
Vlontzos, A., Rocha, H. B., Rueckert, D., & Kainz, B. (2020). ミンコフスキー時空における因果的未来予測. ArXiv:2008.09154 [Cs]. http://arxiv.org/abs/2008.09154
Voros, J. (2017, February 24). 未来の円錐、その使用と歴史. The Voroscope. https://thevoroscope.com/2017/02/24/the-futures-cone-use-and-history/
Wills, M. (2016, August 19). なぜアインシュタインを信じなかったのか. JSTOR Daily. https://daily.jstor.org/why-no-one-believed-einstein/
Wiseman, H. (2012, June 13). 説明: ハイゼンベルクの不確定性原理. The Conversation. http://theconversation.com/explainer-heisenbergs-uncertainty-principle-7512
Zimmerman Jones, A., & Robbins, D. (n.d.). アインシュタインの特殊相対性理論. Dummies. 2020年11月23日取得, https://www.dummies.com/education/science/physics/einsteins-special-relativity/
翻訳：GPT4
