量子力学の大難題。「シュレーディンガーの猫」|ブログインデックス

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「シュレーディンガーの猫」とは、1935年に物理学者エルヴィン・シュレーディンガーによって提唱された、量子力学の問題点を取り上げた思考実験である。この思考実験は、量子力学が引き起こす、「奇妙な現象」を説明する際の例として用いられることが多い。

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この思考実験の詳細

「シュレーディンガーの猫」の思考実験とは、総じて下記のようなものである。

まず、始めに中身が見えない箱を用意する。そして、この箱の中に放射性物質であるラジウム、放射線を検出する検知器、青酸カリ入りのビン、そして、1匹の猫を入れる。

この時、青酸カリのビンにはふたがしてあるが、ラジウムから放射線であるアルファ粒子が発生した場合、検知器がそれを検出し、ビンのふたが開く仕掛けとなっている。ビンから流れ出た青酸ガスを猫が吸えば、当然、猫は死んでしまう。またラジウムからアルファ粒子が発生する現象については、量子論では確率的にしか推測できない現象だとされているため、ここでは「1時間以内にアルファ粒子が出る確率」を50%として仮定する。

さて、箱の中に各装置と猫を入れてから、ふたを閉め、1時間が経過した。果たして、箱の中の猫は、生きているのだろうか?それとも、死んでいるのだろうか?

この思考実験による問題点

現在、量子力学の基礎となっている「コペンハーゲン解釈」では、下記の二点がその前提となっている。

  1. 全ての事象は、観測された瞬間に確立する
  2. 確立する寸前までは、異なる複数の事象が、同時に重なりあった状態として存在している

しかし、これらの前提を正しいものとした場合、この思考実験では、「観測する前の猫が、『生きている状態』と『死んでいる状態』という、複数の状態のまま同時に存在している」ということになる。

普段、我々は猫が「生きている状態」と「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、このように重なりあった状態を認識することはない。そのため、量子力学に対して「どれだけ、妥当な手法を用いて実験を行ったとしても、観測して得られた実験結果は、既に出た結果であり、それは観測の影響を受ける前の状態ではないため、実験結果そのものには意味がなく、検証のしようが無いのではないか」という疑問が生まれる。

これらのことから、物理学者エルヴィン・シュレーディンガーは、この思考実験を用いて、量子力学の問題点を指摘・批判したのである。

いくつかの解釈

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この思考実験の解釈については、主に下記の二つに分けられる。

  • コペンハーゲン解釈

これは、「観測者が箱を開けて観測を行った瞬間、その猫の状態が、一つの状態に収束する」という解釈である。しかし、この解釈では観測者を特別視しているため、「どのような存在が、観測者として定義されるのか」、また「収束を起こすことが可能となる条件とは、具体的にどのようなものか」といった点が、議論の対象となっている。

  • エヴェレットの多世界解釈

これは、「観測者を特別視せず、観測者も記述の中に含めよう」という考え方から生まれた解釈である。この解釈では、箱の中に存在する猫の状態は、観測を行う前も後も変わらない。しかし、観測によって、「生きている猫を観測した観測者」と「死んでいる猫を観測した観測者」という、重ね合わせの状態に分岐する。そして、分岐した後には「生きている猫を観測した観測者」、または「死んでいる猫を観測した観測者」の一方しか存在しないため、矛盾は発生しないという考え方である。

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管理人から一言

自分も、ある意味、「シュレーディンガー」です…。

この思考実験の詳細

「シュレーディンガーの猫」の思考実験とは、総じて下記のようなものである。

まず、始めに中身が見えない箱を用意する。そして、この箱の中に放射性物質であるラジウム、放射線を検出する検知器、青酸カリ入りのビン、そして、1匹の猫を入れる。

この時、青酸カリのビンにはふたがしてあるが、ラジウムから放射線であるアルファ粒子が発生した場合、検知器がそれを検出し、ビンのふたが開く仕掛けとなっている。ビンから流れ出た青酸ガスを猫が吸えば、当然、猫は死んでしまう。またラジウムからアルファ粒子が発生する現象については、量子論では確率的にしか推測できない現象だとされているため、ここでは「1時間以内にアルファ粒子が出る確率」を50%として仮定する。

さて、箱の中に各装置と猫を入れてから、ふたを閉め、1時間が経過した。果たして、箱の中の猫は、生きているのだろうか?それとも、死んでいるのだろうか?

この思考実験による問題点

現在、量子力学の基礎となっている「コペンハーゲン解釈」では、下記の二点がその前提となっている。

  1. 全ての事象は、観測された瞬間に確立する
  2. 確立する寸前までは、異なる複数の事象が、同時に重なりあった状態として存在している

しかし、これらの前提を正しいものとした場合、この思考実験では、「観測する前の猫が、『生きている状態』と『死んでいる状態』という、複数の状態のまま同時に存在している」ということになる。

普段、我々は猫が「生きている状態」と「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、このように重なりあった状態を認識することはない。そのため、量子力学に対して「どれだけ、妥当な手法を用いて実験を行ったとしても、観測して得られた実験結果は、既に出た結果であり、それは観測の影響を受ける前の状態ではないため、実験結果そのものには意味がなく、検証のしようが無いのではないか」という疑問が生まれる。

これらのことから、物理学者エルヴィン・シュレーディンガーは、この思考実験を用いて、量子力学の問題点を指摘・批判したのである。

いくつかの解釈

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この思考実験の解釈については、主に下記の二つに分けられる。

  • コペンハーゲン解釈

これは、「観測者が箱を開けて観測を行った瞬間、その猫の状態が、一つの状態に収束する」という解釈である。しかし、この解釈では観測者を特別視しているため、「どのような存在が、観測者として定義されるのか」、また「収束を起こすことが可能となる条件とは、具体的にどのようなものか」といった点が、議論の対象となっている。

  • エヴェレットの多世界解釈

これは、「観測者を特別視せず、観測者も記述の中に含めよう」という考え方から生まれた解釈である。この解釈では、箱の中に存在する猫の状態は、観測を行う前も後も変わらない。しかし、観測によって、「生きている猫を観測した観測者」と「死んでいる猫を観測した観測者」という、重ね合わせの状態に分岐する。そして、分岐した後には「生きている猫を観測した観測者」、または「死んでいる猫を観測した観測者」の一方しか存在しないため、矛盾は発生しないという考え方である。

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管理人から一言

自分も、ある意味、「シュレーディンガー」です…。

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