シュレディンガーの猫

量子力学の不思議さを説明するときに、必ずと言ってよいほど、よく使われるのが、「シュレディンガーの猫」 という思考実験である。

だが、この思考実験を理解するのは、見かけよりもかなり難しい。

これを理解するためには、まず 「2重スリット実験」 についての知識が必須である。(読んでない人は、まず、そっちから先に読んでほしい)

さて。 「2重スリット実験」の項目でも述べたように、量子力学の標準的な解釈(コペンハーゲン解釈)とは、

「観測される前の、電子の位置は、ホントウに決まっていない。電子の位置は、観測されて初めて決定される。観測される前の、電子の位置は、ここにあるかも、あそこにあるかもという『可能性』として多重に存在している

というものであった。

ここで、一番理解しておいて欲しい点は、1個の粒子として観測される電子でも、観測される前では、本当に、複数の場所に同時に存在しているということである。

たとえば、「場所A」 もしくは 「場所B」で観測されるかもしれない電子があったとする。

もちろん、電子は、観測すると、「場所A」か「場所B」のどちらかで観測されるわけだが、コペンハーゲン解釈では、観測していないとき(みてないとき)は、「場所Aにいるかもしれない電子」 と 「場所Bにいるかもしれない電子」が、ホントウに同時に存在している、と考えている。



そんなバカなと言いたいかもしれない。だが、よくよく考えてみると、理屈としては正しい。だって、観測していないんだから、

観測していない物質が、「ここにあるかも、あそこにあるかも」という「観測される可能性」として存在している

と考えても、あながち間違いだと否定はできない。

ただし、誤解して欲しくないのは、量子力学は、けっして「比喩」や「言葉遊び」で、「複数の可能性が、存在する」と言っているのではなく、「それらの可能性が、ホントウに現実に存在している」と言っていることに注意してほしい。

たとえば、2重スリット実験でいえば、観測される前の電子は、「スリットAを通った可能性」と「スリットBを通った可能性」の複数の可能性が同時に存在しており、それらが干渉しあうことで、干渉縞がおきると考えられる。「干渉」を起こすのだから、この2つの可能性は、 本当に『実在している』と言う以外にない。(だって、実在しなければ、干渉もしないでしょ)

で、こういった考えにもとづいて、現代科学では、観測する前の電子は、下図のように、モヤモヤした状態で存在しており、「位置Aにあるかもしれないし、位置Bにあるかもしれない、位置Cに……」というふうに、すべての可能性が重ね合わさって、同時に存在していると考えている。




このように、観測される前のモヤモヤ状態のことを「重ね合わせ状態」 と呼ぶ。
ようするに、観測する前の物質は、「たくさんの可能性がゴチャゴチャに重なった状態」で存在しているということだ。そして、観測すると、ゴチャゴチャの中から、ひとつの状態が選択されて、それが観測される。どの状態が観測されるかは、シュレディンガー方程式(波動関数)で、確率的に予測することができるっていうのが、量子力学のすべてである。

さてさて。
目に見えない小さな電子の話だから、

観測されていないときは、「位置Aにあるかもしれない」「位置Bにあるかもしれない」という、『複数の可能性の重ねあわせ』として、複数の場所に同時に存在している

といわれても、
へぇ〜、そーなんだー。ミクロの世界では、僕らの日常的な世界観は通用しないんだねぇー
ぐらいにしか感じないかもしれない。

でもだ。
じゃあ、この「ミクロな電子の位置」が「犬とか、猫とか、ぼくたちが実際に見たり、触れたりできるマクロなモノ」に影響を及ぼすような実験装置を想定したらどうなるだろうか?

そういう疑問を持ったヒトがいる。

そのヒトの名はシュレディンガー
量子力学の基本方程式であるシュレディンガー方程式(波動関数)を作ったヒトだ。

実は、シュレディンガーは量子力学の考え方が嫌いだった。後年、こんなヘンテコな科学に関わってしまったことを後悔して、物理学者をやめている。

そして、物理学の世界から去るときに、彼は、量子力学をけなすため、ある思考実験を考えた。それが かの有名なシュレディンガーの猫である。


●実験概要
それは、こんな思考実験だった。

まず、中身の見えない箱を用意する。
そして、以下の4つを入れて、フタを閉じる。
1)電子
2)電子と反応するセンサ
3)毒ガス
4)猫




ここで、箱に入っているセンサは、
電子が位置Aにあると、毒ガスを噴き出す仕組み
になっている。
毒ガスが噴き出せば、当然、箱の中の猫は死んでしまう。

逆に、電子が位置Aになく、「別の位置Bにある」ならば、センサは反応しないので、毒ガスは噴き出さず、猫は生きていることになる。

さて。
人間がフタを開けるまでは、箱の中がみえないのだから、猫が生きているのか死んでいるのか、知るすべはない。そして、当たり前のことだが、人間が実際にフタを開けて中を見たとき、猫は「生きている」か「死んでいる」かのどちらかである。

だが、ここで思い出して欲しい。 ワレワレは、この箱の中の電子を観測していないのだ。量子力学では、観測していない電子の位置は、本当に決まっておらず、「ここにあるかも」という可能性として、複数の場所に同時に存在していると述べている。

だが、その電子の位置によって、猫の生死が決定されるのだ!

もし、量子力学が正しくて、電子が複数の位置に同時に存在しているというなら、電子の位置によって決定される「猫の生死」だって、「生きているかも、死んでいるかも」という可能性として、同時に存在していなくてはならなくなる。

でも、それって何かおかしくないだろうか?「生きている猫」「死んでいる猫」が同時に重なり合っている状態なんて、日常的な世界観ではまったく考えられないだろう。

ね?おかしいでしょ?おかしいよね?やっぱり、量子力学は間違っているんだよ!

と主張するために、シュレディンガーはこの思考実験を考えたのである。

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