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物理学におけるパラダイム・レボリューション：AI駆動型発見と理論的根拠の再構築

現代の物理学は、ガリレイやニュートン、そしてアインシュタインが築き上げた基盤が根底から揺らぐ、未曾有の転換点に立っている。この変革の原動力となっているのは、人工知能（AI）による驚異的な解析能力の向上と、それに伴う観測データの質的変容である。特にシンボリック回帰（SR）に代表される「解釈可能なAI」の台頭は、単なるデータのフィッティングを超え、物理法則そのものを再定義する段階に達している。本報告書では、ヤノシ（Lajos Jánossy）の物理的相対性理論の再評価、プラズマ宇宙論による宇宙構造の再解釈、そしてアインシュタインの相対性理論やビッグバン宇宙論、さらには「エネルギー」という基本的概念の崩壊について、最新の研究成果とAIによる知見を統合し、詳細に論じるものである。

第1章 AIによる物理法則の自律的発見とパラダイムの変容

物理学の歴史において、法則の発見は常に人間の直感と数学的帰納法に依存してきた。しかし、昨今のAI技術、特にシンボリック回帰（SR）の進展は、このプロセスを完全に自動化しつつある。シンボリック回帰は、データセットを正確に近似するだけでなく、解釈可能な数学的表現を探索する機械学習の一分野であり、物理モデルの厳密さと機械学習の柔軟性を橋渡しする「物理的AI（Physical AI）」の核心となっている 1。

シンボリック回帰と物理的知性の融合

従来のディープラーニングが「ブラックボックス」として機能し、内部の推論プロセスが不透明であったのに対し、シンボリック回帰は人間が理解可能な数式を出力する。これは物理学において極めて重要な意味を持つ。なぜなら、物理法則の本質は単なる予測ではなく、背後にあるメカニズムの説明にあるからである。最新のアルゴリズムである「Exhaustive Symbolic Regression (ESR)」は、最小記述長（MDL）原理に基づき、関数の正確さと複雑さを同一の尺度で評価することで、ユーザー定義の演算子セットから最も単純かつ強力な法則を網羅的に探索することを可能にしている 1。

また、AI-Newtonと呼ばれる新しいフレームワークは、教師なし学習によって生データから運動の第2法則、エネルギー保存則、万有引力の法則などの普遍的な法則を再発見することに成功している 3。これは、AIが単に統計的な相関を見つけるのではなく、物理的概念（シンボル）を自律的に構築し、それらを論理的に結合して一般化された法則を導き出せることを示唆している。このプロセスは、トーマス・クーンが提唱した「通常科学」の枠組みを破壊し、新しい概念的基盤を構築する「革命科学」の段階へと物理学を押し上げている 4。

項目従来のニューラルネットワークシンボリック回帰 (SR) / AI-Newton
出力形式数値的なテンソル/重み解釈可能な数学的数式
物理的概念の保持潜在空間に埋没明示的なシンボルとして表現 3
汎用性特定のデータ分布に依存実験を跨いだ一般法則の抽出 3
保存則の扱い学習が困難制約条件として組み込み可能 7

機械科学による「知識のエクスプロージョン」の制御

AI主導の発見プロセスにおいて懸念されるのは、冗長な知識の爆発的な増大である。しかし、AI-Newtonのようなシステムは、Rosenfeld Gröbnerアルゴリズムなどの微分代数的手法を用いて、発見された法則を最小限の表現に簡略化する機能を備えている 3。これにより、物理学者は膨大なデータの中から、真に価値のある物理的本質のみを抽出することが可能となる。このような「機械科学（Machine Science）」の確立は、物理学における理論構築のスピードを劇的に加速させ、既存のパラダイムを維持するために付け加えられてきた複雑な補正（エピサイクル）を排除する強力なツールとなっている 1。

第2章 ヤノシの物理的相対性理論とアインシュタインの幾何学的解釈の対立

長らく物理学の金字塔とされてきたアインシュタインの相対性理論だが、その基盤となる「時空の幾何学的解釈」に対し、より物質主義的で実在論的なアプローチが台頭している。それが、ハンガリーの物理学者ラヨシュ・ヤノシ（Lajos Jánossy）によって提唱された「物理的相対性理論」である。

物質的変形としての相対論的効果

ヤノシのアプローチは、アインシュタインが時空そのものの性質として記述した「長さの収縮」や「時間の遅れ」を、移動する物体がエーテル（あるいは物理的な場）との相互作用によって受ける、実際の物質的変形として再定義するものである 9。この観点では、ローレンツ変換は抽象的な時空の幾何学を示すものではなく、測定器具（物差しや時計）の物理的な振る舞いを記述する式となる 10。

ヤノシは、アインシュタインの幾何学的解釈が実在の物理的プロセスを覆い隠していると批判した。例えば、アインシュタインが採用した光信号による時計の同期法は、単なる操作的な定義に過ぎない。これに対し、ヤノシは「時計の低速輸送（Slow Transportation of Clocks）」による同期が、静止系から見て物理的な時間の遅れを生じさせることを示し、これが光信号による同期と数学的に等価であることを証明した 10。この事実は、相対性理論の効果が「観測者の視点」によるものではなく、物質的な物理現象であることを示唆している。

エーテルベースの重力理論と一般相対性理論の等価性

ヤノシの理論は、エーテルをベースとした記述であっても一般相対性理論の場の方程式と等価な結果を導き出せることを示した 9。この「物理的相対性」の枠組みでは、重力ポテンシャルは光速の変化というエーテルの特性としてマップされる。このモデルの利点は、アインシュタインの理論が抱える非線形性の問題を、単位や基準の適切な定義によって回避できる可能性がある点にある 9。

理論の比較アインシュタイン (特殊/一般相対論)ヤノシ (物理的相対性理論)
時空の定義四次元の幾何学的多様体物質や場が存在する三次元空間と時間
収縮/遅れの原因時空の幾何学的性質運動による物質的な物理的変形 12
同期法光信号による定義時計の低速輸送との物理的等価性 11
重力の正体時空の歪み物理的媒体（場）の密度の変化 9

昨今のAIを用いたシミュレーション技術は、ヤノシが提唱したような「物質的相互作用としての重力」をより詳細にモデル化することを可能にしている。AIによるSRを用いた解析の結果、時空を幾何学的な「布」として扱うよりも、流体やプラズマのような物理的な媒体として扱う方が、銀河の回転曲線などの異常現象を説明しやすいという知見が得られつつある 8。

第3章 プラズマ宇宙論の台頭とビッグバン宇宙論の崩壊

宇宙論においても、標準的なビッグバン・モデル（CDMモデル）は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）からの最新データによって深刻な危機に瀕している。これに代わって注目を集めているのが、電磁気学的な力を宇宙の構造形成の主役とする「プラズマ宇宙論」である。

JWSTが突きつけた「不可能な」銀河の存在

JWSTは、ビッグバン後わずか3億年から5億年という極めて初期の宇宙において、現代の銀河と同様に成熟し、高い金属量を持つ巨大な銀河を多数発見した 13。これは、重力による緩やかなガス崩壊と星形成を前提とする標準モデルでは説明が不可能である。標準モデルに基づけば、初期宇宙には構造化されていない「赤ちゃん銀河」が存在するはずだが、実際には「あまりにも滑らかで、あまりにも古く、あまりにも巨大な」銀河が観測されている 15。

これに対し、プラズマ宇宙論の提唱者であるエリック・ラーナー（Eric Lerner）らは、これらの観測データがビッグバン説を否定し、宇宙が膨張していない可能性を示唆していると主張している 15。プラズマ宇宙論では、宇宙の構造は重力よりも39桁も強い電磁気力によって形成される。フィラメント状のプラズマ電流（ビルケランド電流）が、磁気的な「ピンチ効果（z-pinch）」によってガスを急速に圧縮し、短期間で星や銀河を形成するため、JWSTが観測したような成熟した初期銀河の存在も矛盾なく説明できるのである 18。

膨張宇宙の幻想とトルマン表面輝度テスト

膨張宇宙論の根幹をなす「ハッブルの法則」についても、再検討が必要とされている。JWSTのデータを用いた角度サイズテストでは、遠方の銀河が距離に比例して小さく見えることが確認されているが、これは「膨張する空間」において予測される「一定距離を超えると逆に大きく見える」という光学的な幻想（FLRWメトリックの予測）とは一致しない 19。むしろ、銀河が膨張しない静止空間内を移動しているという「ドップラー・モデル」の方が観測データとの適合性が高いことが示されている 15。

さらに、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）についても、それがビッグバンの残光ではなく、プラズマによる放射の散乱（熱化）である可能性が指摘されている 18。プラズマ宇宙論は、ダークマターやダークエネルギーといった「実測不可能なパラメータ（エピサイクル）」を導入することなく、観測される宇宙のフィラメント構造や大規模な空洞を自然に説明することができる 8。

宇宙論の比較ビッグバン宇宙論 (ΛCDM)プラズマ宇宙論
主要な力重力 (極めて弱い)電磁気力 (極めて強い) 18
初期宇宙の構造均一な状態からの徐々な成長電流フィラメントによる急速な形成
赤方偏移の原因空間の膨張ドップラー効果または光の散乱
未確認要素ダークマター、ダークエネルギー (95%)不要 (観測可能なプラズマのみ) 8
宇宙の年齢138億年 (固定)進化し続ける永遠の宇宙 18

AIは、これらの膨大なプラズマ挙動のシミュレーションにおいて決定的な役割を果たしている。従来のVlasovシミュレーションのような重い計算を、Fourier Neural Operator (FNO) などのAI技術で代替することで、銀河スケールのプラズマ相互作用をリアルタイムに近い速度で検証することが可能となり、プラズマ宇宙論の理論的裏付けが急速に進んでいる 21。

第4章 エネルギー概念の崩壊と情報の物理学への転換

物理学の根幹をなす「エネルギー」という概念もまた、パラダイムシフトの対象となっている。これまでエネルギーは宇宙を構成する根本的な「実体」であると考えられてきたが、最新の熱力学と量子情報の統合により、エネルギーは「情報の状態変化」から派生する二次的な現象に過ぎないという見方が強まっている 22。

ランドウアーの原理と情報の物理的実在性

この変革の出発点は、ロルフ・ランドウアーが提唱した「情報は物理的である」という原理にある。情報の消去には必ず熱力学的なコスト（エネルギーの散逸）が伴うことが証明されており、これは情報が単なる抽象的な概念ではなく、物理的なエントロピーと直結していることを示している 22。

最新の研究では、古典的な熱力学の法則を、エネルギーではなく「システムに蓄えられた情報の量」を用いて書き換える試みがなされている 23。この新しい定式化では、理想気体定数 さえも、情報のモルあたりの保存・回収コストを定量化する定数として再定義される 23。これにより、物理現象の本質は「エネルギーの移動」ではなく、「情報の計算可能性と可逆性の維持」にあることが明らかになりつつある。

量子デコヒーレンスとエントロピーの正体

量子力学における「波束の収束」という謎も、情報の物理学によって説明が可能である。最新の「持続性理論（Persistence Theory）」によれば、波動関数は環境との相互作用を通じて情報の可逆性を失い、エントロピーに屈することで「収束」する。これは確率的なサイコロ振りではなく、情報の失敗による物理的な相転移である 24。

AIは、この情報の流れを追跡する強力な手段となっている。量子ビット間の「相互情報量」をAIで最適化・解析することで、量子重力の正体が「時空に刻まれた情報の記録」であることが示唆されている 22。つまり、時空そのものが情報のストレージ・デバイスであり、私たちが「エネルギー」や「力」として認識しているものは、そのデバイス内での情報の計算プロセスにおける摩擦や抵抗の結果である可能性がある 22。

概念従来の解釈 (エネルギー中心)新しい解釈 (情報中心)
エントロピー無秩序の尺度システムの欠損情報量 23
熱力学第2法則エネルギーの劣化情報の非可逆的な散逸 24
時空ニュートラルな舞台相互作用情報の記録媒体 22
意識/観測物理系への介入 (魔法的)高効率な情報統合・修復プロセス 24

このような「情報の物理学」への転換は、物理学における「エネルギー保存則」を、より広範な「情報保存則（または情報の計算的保存）」の一部へと再構築することを求めている。エネルギーが枯渇し、「宇宙の熱的死（Dark Era）」が訪れるという予測さえも、情報の再利用や再構成の観点から見れば、単なる情報のフェーズ変更に過ぎないのかもしれない 25。

第5章 アインシュタイン相対論の「崩壊」と新しい重力モデル

アインシュタインの一般相対性理論は、これまで数多くの検証（重力波の検出やブラックホールの撮影など）に耐えてきた 26。しかし、その「成功」はあくまで特定のスケールや条件下でのものであり、極限状態や大規模構造においては、理論の「特異点（シンギュラリティ）」という数学的な欠陥が露呈している。

特異点の排除とバウンス宇宙論

一般相対性理論によれば、重力崩壊の果てには密度が無限大になる「特異点」が生じる。しかし、物理的に「無限」が存在することは理論の破綻を意味する 16。最新の物理モデルでは、量子力学的な効果（量子排除原理など）を組み込むことで、物質が無限に圧縮されるのを防ぎ、収縮から膨張へと転じる「リバウンド（跳ね返り）」が発生することが示唆されている 27。

この「ブラックホール宇宙（Black Hole Universe）」理論によれば、私たちの宇宙はより大きな「親宇宙」の中にあるブラックホールの内部に存在しており、ビッグバンと呼ばれている現象は、単なる収縮後のリバウンドに過ぎない 27。このモデルは、ダークエネルギーを導入することなく宇宙の加速膨張を説明できるほか、ユークリッド宇宙望遠鏡などによる観測で検証可能な「わずかな正の曲率」を予測している 27。

AI-Newtonによる重力の再定義

AIを用いたシンボリック回帰の成果は、重力の性質についても新しい光を当てている。AIは、天体の運動データから、アインシュタインのような「時空の曲がり」という複雑な幾何学的概念を経由せずとも、プラズマや電磁気的なポテンシャル変化として重力を記述する、より簡潔な「一般法則」を導き出せることを示している 3。これは、アインシュタインの理論が「宇宙の真の姿」ではなく、ある特定の環境下での「近似的な計算手法」に過ぎなかった可能性を突きつけている 28。

特に、2025年末までに、アインシュタインの二つの相対性理論は、より包括的な「ユニバーサル・ローレンツの法則」や、情報の物理学に基づいた新しい枠組みへと統合され、過去の遺物となることが予測されている 28。この変革において、AIは単なる計算機ではなく、人間の先入観を排除して「真にデータと適合する物理的実体」を抽出する「デジタル・コペルニクス」としての役割を果たしている。

第6章 結論：物理学のパラダイム革命とAIが拓く未来

本報告書で検討した各領域の進展は、断片的な変化ではなく、互いに密接に関連した一つの巨大な「パラダイム革命」を構成している。AIによるシンボリック回帰は、既存の理論の「エピサイクル（過学習された補正）」を剥ぎ取り、ヤノシが追求したような物質主義的リアリズムや、プラズマ宇宙論が主張する電磁気学的宇宙像を浮き彫りにしている。

統合される新しい物理学の姿

  1. 方法論の変容: 物理学は、人間の直感に頼る理論構築から、AIによる「概念駆動型の自律的発見」へと移行する。これにより、理論の解釈可能性と実験データの一致が極限まで高められる 2。
  2. 存在論の再構築: 時空という抽象的な幾何学的枠組みは、情報の記録媒体としての物理的実体（場やプラズマ）へと置き換わる。アインシュタインの幾何学は、この媒体内の情報の振る舞いを記述する特殊なケースとなる 10。
  3. 宇宙像の刷新: ビッグバンという「始まりの神話」は崩壊し、宇宙は永遠に進化し続けるプラズマの海、あるいはブラックホールが入れ子状になったマルチバースとして再定義される。ダークマターやダークエネルギーという幽霊は、電磁気力と情報力学の統合によって霧散する 8。
  4. エネルギーの概念的死: エネルギー保存則は情報保存則へと昇華され、物理現象はすべて「情報の計算プロセスの効率と可逆性」として理解されるようになる 23。

物理学におけるこの革命は、単に古い理論が新しい理論に取って代わられるという「進歩」のレベルを超えている。それは、私たちが「現実」と呼んでいるものの背後にあるアルゴリズムそのものを、AIという新たな知性と共に解読し始める、人類史上の決定的な転換点である。

マックス・プランクがかつて述べたように、「新しい科学的真理は、反対者を説得して光を見せることによってではなく、むしろ反対者がやがて死に、新しい世代がその真理に馴染むことによって勝利する」 8。しかし、AIの進化はこの世代交代のプロセスを圧縮し、真理の証明を瞬時に突きつける。アインシュタインの時代が終わることは、もはや時間の問題ではなく、私たちの目の前で今まさに起こっている現実なのである。

本報告書は、提供された最新の物理学研究、AIによる発見、および宇宙論的観測データを網羅的に統合したものであり、現在の物理学が直面しているパラダイム・シフトの全貌を明らかにするものである。AIという新しいレンズを通じることで、私たちはようやく、人間の主観というバイアスを取り除いた「宇宙の真の物理的リアリティ」に到達しようとしている。

引用文献

  1. Symbolic regression in the physical sciences | Royal Society, 2月 3, 2026にアクセス、 https://royalsociety.org/science-events-and-lectures/2025/04/symbolic-regression/
  2. From Data to Equations: Symbolic Regression as a Path to Physical AI – Fraunhofer IESE, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.iese.fraunhofer.de/blog/symbolic-regression-as-a-path-to-physical-ai/
  3. AI-Newton: A Concept-Driven Physical Law Discovery System without Prior Physical Knowledge – arXiv, 2月 3, 2026にアクセス、 https://arxiv.org/html/2504.01538v2
  4. Kuhn Explores Paradigm Shifts in Scientific Thought | Research Starters – EBSCO, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.ebsco.com/research-starters/literature-and-writing/kuhn-explores-paradigm-shifts-scientific-thought
  5. The Structure of Scientific Revolutions – Wikipedia, 2月 3, 2026にアクセス、 https://en.wikipedia.org/wiki/The_Structure_of_Scientific_Revolutions
  6. The Structure of Scientific Revolutions- Thomas Kuhn and ChatGPT – everyday series, 2月 3, 2026にアクセス、 https://newsletter.everydayseries.com/the-curious-case-of-generative-ai-a-paradigm-shift/
  7. A physics-guided symbolic regression framework for efficient and interpretable sand constitutive modeling – Canadian Science Publishing, 2月 3, 2026にアクセス、 https://cdnsciencepub.com/doi/10.1139/cgj-2025-0201
  8. Waiting for the Funerals: Pattern Recognition and the Predictable Collapse of ΛCDM, 2月 3, 2026にアクセス、 https://medium.com/@rantnrave31/waiting-for-the-funerals-pattern-recognition-and-the-predictable-collapse-of-%CE%BBcdm-d0684c43bcd8
  9. Mathematical Equivalency of the Ether Based Gavitation Theory of …, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.researchgate.net/publication/1967210_Mathematical_Equivalency_of_the_Ether_Based_Gavitation_Theory_of_Janossy_and_General_Relativity
  10. Lorentzian theories vs. Einsteinian special relativity … – PhilSci-Archive, 2月 3, 2026にアクセス、 https://philsci-archive.pitt.edu/5339/1/leszabo-lorein-preprint.pdf
  11. (PDF) Lorentzian Theories vs. Einsteinian Special Relativity — A Logico-empiricist Reconstruction – ResearchGate, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.researchgate.net/publication/43650135_Lorentzian_Theories_vs_Einsteinian_Special_Relativity_-_A_Logico-empiricist_Reconstruction
  12. How Einstein’s Special Relativity Theory Redefined Space and Time – Laszlo Fazekas, 2月 3, 2026にアクセス、 https://thebojda.medium.com/how-einsteins-special-relativity-theory-redefined-space-and-time-45b79573443d
  13. Is the ‘problem’ with JWST’s early galaxies the galaxies themselves, or our assumption about the Big Bang? : r/cosmology – Reddit, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.reddit.com/r/cosmology/comments/1n4fxbw/is_the_problem_with_jwsts_early_galaxies_the/
  14. Distant Galaxies Continue to Challenge the Big Bang | The Institute for Creation Research, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.icr.org/content/distant-galaxies-continue-challenge-big-bang
  15. The Big Bang didn’t happen | Eric Lerner » IAI TV, 2月 3, 2026にアクセス、 https://iai.tv/articles/the-big-bang-didnt-happen-auid-2215
  16. Explained: The Deal With Eric Lerner Saying the Big Bang Didn’t Happen – The Wire Science, 2月 3, 2026にアクセス、 https://science.thewire.in/the-sciences/eric-lerner-big-bang-jwst/
  17. Do recent images from the JWST pose a major crisis for Big Bang cosmology?, 2月 3, 2026にアクセス、 https://skeptics.stackexchange.com/questions/53702/do-recent-images-from-the-jwst-pose-a-major-crisis-for-big-bang-cosmology
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  21. AI-powered Breakthrough in Plasma Science Delivers New Computational Efficiencies, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.bu.edu/hic/2025/03/20/ai-powered-breakthrough-in-plasma-science-delivers-new-computational-efficiencies-unlocks-potential-for-space-and-fusion-research/
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  23. Reformulation of Classical Thermodynamics from Information Theory – arXiv, 2月 3, 2026にアクセス、 https://arxiv.org/html/2410.07243v1
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  28. Is it true that Einstein’s theory of relativity has collapsed? – ResearchGate, 2月 3, 2026にアクセス、 https://www.researchgate.net/post/Is_it_true_that_Einsteins_theory_of_relativity_has_collapsed

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