スマートフォン用の表示で見る

シュレディンガーの猫

サイエンス

シュレディンガーの猫

しゅれでぃんがーのねこ

物理学者のエルヴィン・シュレディンガーが提唱した量子力学上の思考実験観測問題におけるパラドックス

箱の中に猫を閉じ込める。中には他に、致死性ガスの詰まった壜とそれを割る装置、それから装置を起動させるスイッチとなる放射線検知器、それに半減期が1時間の放射性元素1個が置かれている。

半減期が1時間であるから、1時間の間にこの原子が崩壊して放射線を放出し、装置が作動して猫が死ぬ確率は50%。

丁度1時間後に箱を開けたとき、猫が生きているか死んでいるか判るのだが、それまでの間猫は生死が不確定な状態であって、箱を開けた瞬間に生か死どちらかの状態に収束する。

不確定性原理においては、「観察されるまであらゆる可能性が不確定」であり、観察した瞬間にそれは一つの状態に収束するのである。

この「観測した瞬間」の定義が問題であり、この問題を端的に浮き彫りにするために使われるのがこの猫のたとえであると言える。これは量子力学観測問題と呼ばれている。収束はいつ起こるのか。装置が放射線を感知した瞬間か。猫が装置を見た瞬間か。人間が猫を見た瞬間か。どれであっても、結局我々人間が見た瞬間には収束しているので、実験結果を説明する上では区別する必要はない。そのため物理学では観測問題は後回しにされてきた。

最も初期にこの問題に取り組んだジョン・フォン・ノイマンは「人間のような意識を持った存在が観測した瞬間に収束する」という解釈を提示した。普通の物理学者が漠然とイメージする常識的解釈は、ミクロな世界は量子的重ね合わせ状態にあり、マクロな世界では収束して古典的描像が成り立つ、というものであろう。しかしこのミクロとマクロの境目は厳密に線が引けるものではない。それに対してノイマンは意識の有無というはっきり線が引ける所で収束が起こるとした。この解釈によれば人間の眼はまだ「観測対象」であり、収束が起こるのは人間の脳においてである、ということになる。しかし一方この解釈では「意識とはなにか」というもっと難しい問題を考えなくてはならなくなる、ともいえる。

その後も様々な解釈が提示されてきたが、その中でも最近よく話題になるのが「エヴェレット解釈」あるいは「多世界解釈」と呼ばれるものである。その解釈とは「収束」はどこでも起こらない、というものである。「死んだ猫」と「生きている猫」の量子的重ね合わせ状態を人間が観測した場合、そこでどちらかに収束するのでなく我々人間も「死んだ猫を見ている人間」と「生きている猫を見ている人間」の量子的重ね合わせ状態となる、というものである。それぞれの状態の人間からすれば「死んだ猫」と「生きている猫」しか見えないのだから、収束しているのと同じことであり実験結果とも矛盾しない。

これら様々な解釈の全てが実験結果と全く矛盾しない以上、どの解釈が正しいのかを実験で確かめるのは不可能である。


*リスト:リスト::物理関連