ケイ さんの書込 (2007/04/13(Fri) 15:07)

量子論についての質問です．

量子力学に関する議論で，よく「シュレディンガーの猫」や，その変形バージョンの「ウィグナーの友人のパラドックス」といった思考実験の名が出てきますが，これらの実験を実際に行ったらどのような結果が得られるのでしょう？また，試してみた事のある人はいるのでしょうか．あるいは実際に行うことは不可能なのでしょうか？ （倫理的，という点に関しては，後者の「友人のパラドックス」なら別に問題は無いと思うのですが）

よろしくお願いします．

小林＠那須 さんのレス (2007/04/13(Fri) 23:02)

ここでも教科書では書かれていなことを書きます．教科書に書いてあること を繰り返しても価値は少ないと思っています．でも「とんでも」と思わない でください．変なことは言っていないはずです．

「シュレディンガーの猫」は言葉のマジックによるパラドックスです．実現 可能云々以前に，その意味の曖昧さにより誤魔化されているだけです．

電子などの波動関数は，そのエネルギー固有状態の重ね合わせ状態を取るこ とができます．観測によって重ね合わせねの内の何れかの状態に遷移すると は，光子などの粒子を放出することで系のエネルギー固有状態に移ることを 意味します．観測とは，この出てきた光子などの粒子を検出しているにすぎ ません．決して人間が目で見る観測が波束を収縮させているわけではありま せん．観測のための系をつくってやり，電子などの状態をエネルギー固有状 態に落ち込ませて光子などの粒子が飛び出したときに波動関数の収縮が起き ています．ここで人間が脳で認識したときに波動関数が収縮するなどの通俗 的な誤解が未だ持って世間に流布しています．

さて，シュレーディンガーの猫の実験では猫の生死の状態と，ガイガー・カ ウンター放射線状態とそれに連動する毒の噴射装置を組み合わせた状態の波 動関数を想定します．そしてガイガー・カウンターが動作すれば猫が死ぬと いうわけです．ガイガー・カウンターが粒子を検出する／しないの状態が猫 の生死の状態と連動しており，猫の生死何れかへの波動関数の収縮は何時の 時点で起こるのかという問題にされます．

ここには言葉のマジックが入り込んでいます．猫の生死の状態の波動関数と 簡単にいいましたが，それはエネルギー固有関数ではありません．確かに一 匹の状態を表現する多体粒子系の波動関数を想定することは出来ますが，そ の生と死の状態を表すエネルギー固有関数はありません．状態という不明確 な言葉に惑わされて，生と死の波動関数の重ね合わせ状態がありうると思い 込まされてしまいます．

猫の生きている状態と死んでいる状態は人間が判断している状態にすぎませ ん．量子力学的にみれば猫の生と死は多粒子系の熱力学的な準安定状態にす ぎません．波動関数の固有状態で表される代物ではありません．どんなに手 間と時間をかけても，猫の生と死が多粒子系エネルギー固有状態となるよう な系は作れません．この意味で「猫の生と死の状態の重ね合わせ状態を表す 波動関数」は無意味です．言葉のマジックです．状態という言葉の曖昧な拡 張と混同が「シュレーディンガーの猫」のパラドックスを生み出しています． この意味で「シュレーディンガーの猫」の実験は意味が不明確であり，実現 できる云々以前の問題です．

わたなべ さんのレス (2007/04/14(Sat) 23:54)

シュレディンガーの猫状態という，光の量子状態について実験が行われているようです．素人なので，よく分かりませんが，シュレディンガーの思考実験は，そのような，実際的な問題へも発展しているのかなぁと思いました．

• http://hs.pc.uec.ac.jp/saito/cat.html

yama さんのレス (2007/04/16(Mon) 00:09)

教科書ではなかったと思いますが，何かの本に小林＠那須さんが書かれたことと内容的にほぼ同様のことが書かれていたのを見た記憶があります． 確かに猫の生死は量子力学的な固有状態ではないし，量子力学的に生死を定義することもまず不可能でしょう．その意味で，この問題は厳密に定式化されたものではないので，曖昧で無意味であると言われれば確かにその通りなのですが・・・．

もともとこの問題は量子力学的な測定の問題に関連して提起されたものだと思います．微視的対象と測定器との相互作用によって，計器の針の位置などの巨視的変化が起こるわけですが，その過程で波束の収縮などが問題になります．シュレディンガーは測定器の一部に猫を組み込むことによってこれらの諸問題をパラドクス的に提起したわけで，そこには多少の遊び心も感じられます． これを量子力学的に無意味だと切り捨ててしまっては身も蓋も無いように思います． 猫の生死の量子力学的定義の問題は棚上げして，生死の状態が巨視的に区別できることと，放射線の検出と猫の生死の相関関係を仮定した上で，この問題を論じることは無意味ではないと思います．もちろん猫の生死の状態を固有状態と考えてはいけませんが・・・．

ケイ さんのレス (2007/04/16(Mon) 14:04)

ご回答ありがとうございます．

小林さんも触れられていましたが，電子等が波から粒子に転ずる条件が 「人が見ているか否か」であるという説明にはもうずいぶんと前から 抵抗がありました．それについては，また別の機会で質問させていただけ たら・・・と思います．

一方で，わたなべさんが紹介してくださった記事を見ると，シュレディンガーの 猫実験でいうところの「『生きている状態』から『死んでいる状態』への移行」 の過程というのが現実的に確認できるようになってきた・・・という印象を 受けました．違っていたらすいません（汗）

【オマケ】

くだらないジョークで申し訳ないのですが，もし蓋を開けたときに，猫が 「脳死」の状態で出てきたら， 「この猫は死んでいる！」 「いや，心臓が動いてるからまだ生きている！」 と，そこでまた別種の議論が発生しそうでますますややこしいですよね．

・・・お目汚し失礼しました．ありがとうございます．

わたなべ さんのレス (2007/04/16(Mon) 23:40)

ケイさん ＞一方で，わたなべさんが紹介してくださった記事を見ると，シュレディンガーの 猫実験でいうところの「『生きている状態』から『死んでいる状態』への移行」 の過程というのが現実的に確認できるようになってきた・・・という印象を 受けました．違っていたらすいません（汗）

印象を受けたことに対して，誰も何もいえないと思います． （むしろ，知らないことを他人に伝える方が非難の対象になるでしょう．）

ぼくが伝えたいと思ったことは，猫を検出器として使わなくても， シュレディンガーの猫の実験はできるということです． つまりぼくは，猫は物理の言葉で古典系だと思っており，どのような検出器も 古典系であろうと思っているということです．

そして，「猫の生きた状態」「死んだ状態」は，落ち着いて考えればわかるように，量子の状態です．猫の状態は，検出器のシグナルでしかありません．

光子の状態を調べているときに，普通は光子がどのような状態であるかを説明する状態で呼びそうなものですが，「（猫の）生きた状態」，「（猫の）死んだ状態」と呼んでいます（というよりも，その状態の重ね合わせを「シュレディンガーの猫状態」と呼ぶそうです．当然ながら，どちらを生きた状態かは重要ではありません）．

だから本当に古典的な観点から不思議に思える点は，量子論特有の「死んだ状態と生きた状態の重ね合わせ」という状態が，量子論の知識に従って，物理系をコントロールすれば，実現できることだと思います．

もちろん，実現されたかどうかは，古典的な検出器を使います．そして，人はそのシグナルを見て，「シュレディンガーの猫状態」が実現されたことを知ることになると思います．

なお，物理系，あるいは系と呼ばれるものは，この宇宙の一部を切り取ってきたものだと思ってください．粒子の落下の問題のときに，「t時間後の粒子の高さを答えなさい」と問われたときに，「カラスが加えて持っていった」とは答えないのは，今考えている系には，「粒子しか存在せず，またそこに一様重力だけが働いている」設定を，宇宙の一部から切り取って来たと，人々は約束しているからです（ただし，現実的な問題に限らず，変な力が働いていても，それは系と呼びます．また，現実的に宇宙の一部を切り取って来れるとしているために，物理は現実を推論するのに役立つと人々が信じるのです）．

あと，「古典的」については，ぼくたちが普段生活しているときに目で見たり感じたりするような現象，惑星の運動とか，そんなものを想像してください．それ以外に，「量子的」が含まれていると思ってください．

ケイ さんのレス (2007/04/17(Tue) 10:15)

わたなべ様．

素晴らしいコメントをありがとうございます．物理に対する情熱やご厚意を感じ大変勉強になりました． 古典という言葉に関しては，現代の量子力学に対してニュートン時代の理論を古典力学と呼ぶ，というようなものを読んだことがあり，一応知っていたつもりですが，「系」について等は初めて知ることも多く，興味深く読みました．

シュレディンガー実験における「猫」の役割は，実験を成立させるための必要条件ではなく，実験結果の不思議さを際立たせるためのギミックであると認識しました．いずれにせよ，量子力学が奇っ怪な曲者であるという事実に変わりはなさそうですが・・・

ともあれ，またひとつ物理に対する興味が深まりました． ありがとうございます．