「シュレディンガーの猫」の思考実験を理解する

リビングWonsilakij /ゲッティイメージズ

エルヴィン・シュレーディンガーは、 量子物理学 、彼の有名な「 シュレディンガーの猫 '思考実験。彼は量子波動関数を作成しました。これは現在、宇宙の運動方程式を定義していますが、問題は、一連の確率の形ですべての運動を表現していたことです。物理的現実がどのように機能するかについて信じたいと思っています。

シュレディンガー自身もそのような科学者の 1 人であり、量子物理学の問題を説明するためにシュレディンガーの猫の概念を思いつきました。それでは、問題を検討し、シュレディンガーが類推によってそれらをどのように説明しようとしたかを見てみましょう.

量子不確定性

量子波動関数は、すべての物理量を、システムが特定の状態にある確率とともに、一連の量子状態として表します。半減期が 1 時間の単一の放射性原子を考えてみましょう。

量子物理学の波動関数によると、放射性原子は 1 時間後には崩壊した状態と崩壊していない状態の両方になります。原子の測定が行われると、波動関数は 1 つの状態に崩壊しますが、それまでは 2 つの量子状態の重ね合わせとして残ります。

これは、量子物理学のコペンハーゲン解釈の重要な側面です。科学者がどの状態にあるかを知らないだけでなく、測定が行われるまで物理的現実は決定されないということです。なんらかの未知の方法で、観察するという行為そのものが、状況をある状態または別の状態に固めるものです。その観察が行われるまで、物理的現実はすべての可能性に分割されます。

猫に

シュレーディンガーは、仮想の猫を仮想の箱に入れることを提案することで、これを拡張しました。猫のいる箱に毒ガスのバイアルを入れ、猫を即座に殺します。バイアルは、放射線を検出するために使用されるデバイスであるガイガーカウンターに配線された装置に接続されています。前述の放射性原子は、ガイガー カウンターの近くに配置され、そこにちょうど 1 時間放置されます。

原子が崩壊すると、ガイガー カウンターが放射線を検出し、バイアルを壊して猫を殺します。原子が崩壊しない場合、バイアルは無傷で猫は生きています。

1 時間後、原子は崩壊した状態と崩壊していない状態の両方になります。ただし、状況をどのように構築したかを考えると、これは、バイアルが壊れている場合と壊れていない場合の両方であり、最終的には量子物理学のコペンハーゲン解釈によると、 猫は死んでいて生きている .

シュレディンガーの猫の解釈

スティーブン・ホーキング 「シュレディンガーの猫のことを聞くと、銃を手に取る」という言葉が有名です。これは多くの物理学者の考えを表しています。なぜなら、思考実験には問題を引き起こす側面がいくつかあるからです。類推の最大の問題は、量子物理学は通常、猫や毒薬瓶の巨視的スケールではなく、原子と亜原子粒子の微視的スケールでしか機能しないことです。

コペンハーゲン解釈では、何かを測定する行為が量子波動関数を崩壊させると述べています。このアナロジーでは、実際には、測定行為はガイガー カウンターによって行われます。イベントの連鎖に沿って多数の相互作用があります。猫やシステムの個別の部分を分離して、本質的に真に量子力学的であるようにすることは不可能です。

猫自体が方程式に入るまでに、測定はすでに行われています...1000回以上、測定が行われています—ガイガーカウンター、バイアル破り装置、バイアル、毒ガス、そして猫そのもの。猫が倒れて死んだ場合、箱の周りを心配そうに歩き回っている場合とは異なる原子と接触することを考えると、箱の原子でさえ「測定」を行っています.

科学者が箱を開けるかどうかは関係ありません。猫は生きているか死んでいるかのどちらかであり、2 つの状態の重ね合わせではありません。

それでもなお、コペンハーゲン解釈のいくつかの厳密な見解では、それは実際に必要とされる意識的な実体による観察です.量子波動関数の崩壊が意識に関連している可能性があるという興味深い議論が残っていますが、解釈のこの厳密な形式は、今日の物理学者の間では一般的に少数派の見解です. (量子物理学における意識の役割のより完全な議論については、 量子エニグマ: 物理学と意識の出会い ブルース・ローゼンブラム & フレッド・カットナー著)

さらに別の解釈は、 多世界解釈 (MWI) これは、状況が実際には多くの世界に分岐していることを示唆しています。これらの世界の中には、箱を開けると猫が死んでいる世界もあれば、猫が生きている世界もあります。多世界解釈は、大衆にとって、そして確かに SF 作家にとっては魅力的ですが、物理学者の間では少数派の見解でもありますが、それに対する明確な証拠も反対の証拠もありません。

によって編集アン・マリー・ヘルメンスタイン博士