シュレーディンガーの猫のパラドックスの真実

量子力学観測問題で、よく語られるものの一つに「シュレーディンガーの猫」という思考実験があります。
量子力学に関心のある人ならお馴染みのことですね。
ただ、ここではその思考実験の内容や最低限の量子力学の基礎知識について身に着けている前提での説明なので、
そうでない人は他の科学系サイトなどで大まかにでも勉強していただきたいです。

 

それはさておき、こういう実験が提起されて以来、量子力学の重ね合わせや二重スリット実験に関する観測問題や解釈問題が
現在まで活発に議論される続けています。
ここで、なぜこの思考実験で猫が生死の状態が両立するような結論に至っているのかが誰もが不思議に思う所です。
もちろん僕自身もこの不思議さに悩んだことはあります。
そして、いろいろと考えたりサイトなどで調べたりした結果、解決できる一つの考えにまとまるようになりました。

 

ここで気づいたことは、「観測」とは何を指すのかということです。一般には観測は、人間の意識による認識を意味しているとされています。
しかし、厳密に調べてみると本当はそうだとは限らないことがわかってくる。
そして、量子力学での「観測」の別の意味として、観測器による検知のことを指しているという考えもあることがわかりました。
ここでもし、「観測」を検知器によるものだとすると、それがこの猫実験でのパラドックスの解決の鍵になるでしょうか。
改めて猫実験の内容を確認すると、箱の中を誰も観察しない限り、放射性物質原子核崩壊から検知器の検知、ハンマー叩きによる毒液袋破裂、猫の生死の状態まで
全て重ね合わせ状態になるとしています。

 

・・・とここで、異議あり!」


実はこういう推論の流れは、「観測」=「人間の意識による観察」を前提とするものになっています。
ここで、もし「観測」=「観測器による実験対象の検知」とすると、この検知器が放射線を検知した時点で検知された粒子の状態収縮することになります。
そして、それ以降の猫の生死に至るまでの全ての状態が一つに決まることになります。
つまり、この実験での猫の生死状態は、検知器の検知の段階で決まるということになります。
よって、本来の内容での検知器の重ね合わせ状態以降の説明は全て正しくないことになり、結果的にパラドックスは生じないということになります。

 

ということで、ここで一件落着。このパラドックスの正体は「観測」の意味を「人間による認識」としたことによる混乱だということが判明しました!
量子力学での「観測」は、観測器による検出作用のことを指すべきだったのです。
物理学界ではこういうことは早く気づいたようですが、俗世間ではこういう言葉の誤用に気づかないまま、非専門的な人たちにより「シュレーディンガーの猫」
パラドックス題材として、広まっていき、「生きている状態と死んでいる状態の両方を持っている猫」がいるというオカルト的な俗説が皮肉にも広まってしまったのであります。
SFなどに興味ある一般人が「シュレーディンガーの猫」の話をしたら、「ここでの『観測』は検出器によるものだから猫の生死の状態はどちらかに決まってるよ」と説明するのが良いでしょう。
参考までに、この「観測=観測器による検知」説は、デコヒーレンス理論を元にしています。

 

もっとも、それでも「観測=人間による観察」としか思えない人もいると思いますが、そういう人たちのためにこの説の正しさを合理的に説明する別の思考実験をここで示してみることにしよう。

 

まず、シュレーディンガーの猫実験での箱に小さなビデオカメラを入れて録画状態にして箱を閉めます。
しばらく時間が立って猫の死んだと思う時点で、別の誰かAを呼んで、そのAに箱のふたを開けさせ、一緒に猫の死状態を確認させます。
ここで、小さなビデオカメラはAに気づかれない位置に置くものとします。(もちろんAはそのカメラの存在は最初から知っていない)
そのあとで、そのビデオカメラで録画した動画をAに見せます。すると、Aが箱を開ける前に毒ガスが発生して猫が死ぬことがビデオに記録されていることがわかります。
そうです、ここでAが「自分が箱を開けて猫を観察する前には猫の生死状態は決まっていない」と主張する時点でこの動画の事実と矛盾することになり、結局Aの観測行為に関わらず猫の生死状態は検知器の検出作用により決定していることが示されます。
さらに、Aに実験箱の存在を知らせる前にAに猫の生死状態のビデオを見せ、その後でAに見せたビデオのカメラがこの実験箱の中にあるという説明をしてから、
実験箱を開けさせるという別の流れの思考実験も追加説明すればより説得力が増すと思います。
(もちろんAが開けるまでは箱中の猫などは誰も見ていない)
まさにカメラの映像写真は(後で編集加工作業でもしない限り)嘘をつけない正真正銘の事実を示すものですね。

 

ということで「シュレーディンガーの猫」の話をここで締めくくりたいところですが、さらにこのことについてよく調べたら、実は最近になって、
重ね合わせ状態の収縮がこのデコヒーレンス理論によって完全に証明しきれないことがわかっているようです。
つまり、観測器の検出だけでは説明不完全で、人間の意識による重ね合わせ収縮も100%否定しきれないということらしいです。

 

まあこれ以上の説明は長くなることもあって、別記事で後日説明することにします。以上お疲れ様でした。