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| Message#20107 2009年2月18日(水)23時23分 From: 和井 恵 |
| 『シュレーディンガーの猫』は、本当に化け猫になってしまったのか？ |
 | 量子力学を紹介している記事や本の文章には、 「シュレーディンガーの猫」という思考実験の話しがよく出てくることが多い。 しかし、この内容をじっくりと読んでみると、腑に落ちない点が観えてくるのだ。 量子力学において粒子は様々な状態が「重なりあった状態」で存在しうる。 この「重なりあった状態」は、観測機器によって粒子を観測する事で、 いずれかの状態に収縮すると考える。 （出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』、以下同じ） つまり、数式を使って量子の状態（位置）を導き出してみると、 それは定点ではなくて、一定の範囲に広がった確率分布として表現されてしまう。 粒子（個）ではなくて「波（広がり・個の集合）」になってしまうのだ。 そしてこの数式を「波動関数」と呼ぶのだという。 不思議なことに、いくら計算しても粒子としての定点は導き出せないらしい。 ところが、実際に観測をしてみると、ちゃんと粒子として発見される。 この矛盾した不可思議な現象（？）を理解するための方法として、 二つの状態が同時に存在するという「重ね合わせ」という概念が考え出された。 波であると「同時に」粒子でもある状態（一即多・多即一）、あるいは、 そのどちらとも言えない未定の「二重になっている（空）」状態なのだそうだ。 これは、奇妙にも、大乗仏教の説く「一即多」、「多即一」という概念や、 ＡでもなければＢでもない、という般若心経などの「空」の概念と一致する。 例えば原子のスピンは上向きの状態と下向きの状態が 重なりあった状態で存在しうる。 人間が観測機器によって粒子を観測すると、 スピンは上向きか下向きのいずれかの状態に収縮する。 また、シュレーディンガー方程式は原子の位置を、 一定の範囲に広がった確率分布（波動関数）として与えるが、 観測されると、ある位置にあることが確定する。 観測した瞬間に、その状態から「収縮」して、粒子として出現するのだと言う。 しかし、その「収縮するところ」を誰も実際に見たわけではない（不可知）のだ。 しかし、これらの問題については、次回で詳しく検討することにして、 とりあえず、「シュレーディンガーの猫」の話しを始めよう。 まず、蓋のある箱を用意し、この中に猫を一匹入れる。 箱の中には猫の他に、放射性物質のラジウム一定量、 ガイガーカウンター、青酸ガスの発生装置を入れておく。 もし箱の中にあるラジウムがアルファ粒子を出すと、これを検出器が感知し、 その先についた青酸ガスの発生装置が作動し、猫は死ぬ。 しかし、アルファ粒子が出なければ検出器は作動せず、猫は生き残る。 箱の中に猫を入れて、そこに毒ガスの発生装置を一緒に入れる。 そして、その毒ガスの起爆装置に、量子の検出器を利用する。 量子が検出されれば猫は死に、されなければ、猫は生き延びるという設定だ。 この実験において、ある時間内にラジウムがアルファ粒子を出すかどうかは 基礎方程式（シュレーディンガー方程式の解）によって確率のみが計算できる、 量子力学における確率解釈によれば、現象を観測するまでは 原子核がひとつ以上崩壊した状態と原子核が 全く崩壊していない状態の重ね合わせ状態で存在する。 そして、その量子の出現は、数式を使うと確率としてのみ表現されてしまう。 つまり、観測するまでは、有ると無いとが同時存在する状態になっているのだ。 この系において、猫の生死は アルファ粒子が出たかどうかのみにより決定すると仮定するのだから、 例えば1時間で箱に入れた量のラジウムが崩壊してから アルファ粒子が放出される確率が50%だとすれば、 この箱の蓋を閉めて1時間放置したら、 人間が観測するまでは猫が生きている状態と死んでいる状態が 1：1で重なりあっていると解釈しなければならない。 この実験では、量子の観測結果が猫の生死を決めてしまうのだから、 例えば、その量子の出現率を１時間で５０％だと仮定すると、 量子の状態の影響を受けて、猫の状態も、観測をするまでは、 生きている状態と死んでいる状態が、 １対１で重なり合っている状態になっていると考えられる。 それが、ふたを開けて確認した「瞬間に」、 どちらか一方に、結果が「収縮される」のだというのだ。 われわれは経験上、猫が生きている状態と猫が死んでいる状態という 二つの状態を認識することができるが このような重なりあった状態を認識することはない。 つまり、確認したときには、生きているか死んでいるかのどちらかになるが、 確認するまでは、生きていると同時に死んでもいるという、 「化け猫状態」なのだという主張（説明）なのだ。 貴方は、この説明を読んでどう思われるだろうか？ 本当に、こんな化け猫が、不可知の状態で存在しうるのだろうか？ （これについての、＠和井恵流の説明は、次回にて…） |