シュレディンガーの猫

光の不合理性

前の記事で光の二重性について述べました。光は波であると同時に、粒子でもあると。これは明らかな事実なのですが、「なんか矛盾してない?」って思った人がアインシュタインが生きていた頃と同時期にいました。それがシュレディンガーです。

二重スリット実験によると、あたかも単一の粒子が両方のスリットを通過したように干渉模様がスクリーンに映し出されます。シュレディンガーはこの明らかな不合理性を証明するために、のちに「シュレディンガーの猫」として知られる、なんとも狡猾な思考実験を考案したのです。

シュレディンガーの猫

以下に「シュレディンガーの猫」の思考実験の概要を述べます。

1、鍵のかかる箱の中に猫、毒の小瓶(青酸カリとか)、ガイガーカウンター、瓶をわる装置を入れる。

2、毒の小瓶(青酸カリとか)、ガイガーカウンター、瓶をわる装置のこれらは、量子過程と連動している。

3、放射性原子が崩壊すると、カウンターがそれを検知し、瓶を割る装置が作動し毒の小瓶は割れて、猫は死ぬ。

4、原子が放射性崩壊を起こさなければ、猫は生きている。この時、放射性崩壊が起きる確率は50%、猫は毒以外では死なないと仮定する(寿命がきてたまたま死ぬとかは考えない)。

5、放射性崩壊の確率は50%なので、猫が生きている確率は50%、死んでいる確率も50%である。

以上が概要ですが、この思考実験で重要なことは、最後の「猫が生きている確率は50%、死んでいる確率も50%である。」というところ。ここをうまく表現できれば、ガイガーカウンターとか、毒ビンとか、瓶をわるための装置とかで、どうでもいいんですよ。要は、原子崩壊する?しない?→猫は生きている?生きてない?っていうのが表現できればね。

それをわかりやすく表現するために(光子の不合理性を表現するために)わざわざリアリティのある言い方になっているのです。



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我々人間が立ち入れない領域なんですよ。

で、これがなんで光の不合理性の説明になっているのかを述べます。

考えるのは確率なんです。蓋を開けて(目で確認する)まで、我々は「猫が生きているか、死んでいるか」わからないですよね?言い換えると、「猫が死んでいるのと生きているのが重なった状態」です。我々は「生きている」or「死んでいる」という状態ははっきり確認できますが、この二つの状態が重なった状態は確認できませんね。こういうことが光の二重性を含む、量子論では日常茶飯事だということです。

「我々が蓋を開けて目で確認した時の状態」と「我々が蓋を開ける前の状態」では、観察結果が違うのです。

は?って思った人、もう少しお付き合いください。

開ける前にすでに死んでいるかもしれない→開けてみたらやっぱり死んでた だったら、結局同じじゃんて。

「開ける前にすでに死んでいるかもしれない」。なんで「かもしれない」という言葉を使うのか…確率としてありえるからですよね?逆に「生きているかもしれない」→開けてみたらやっぱり死んでた もありえます。

この可能性を含んだ「かもしれない」状態を含んで、観察結果同じじゃんとはならないですよね。

だって開ける前には二択なのに、我々が目で確認した途端、可能性が消え、状態が決定されるなんて、我々は神かなんかですか?と。

この矛盾をなくすためにはやはり、開ける前に「猫が死んでいるのと生きているのが重なった状態」という概念を取り入れて論じるしかないということなのです。そうすれば、蓋を開ける前に状態は決まっているというのが言えますよね。

これがシュレディンガーの猫です。

似たような例

なんでこんな不合理なことが起こるのかというと、それは人間が目で見たことしか判断できないからです。

「物をみる(物がある)」とは、正確には、物を構成している原子に光があたり、その反射を我々が目でみて、その映像を脳が受け取り、これは「物である」と判断しているわけです。

じゃあ、我々の脳が認識しなかったら、物がないってことになるじゃないですか。本当はそこに物があるのに、何かしらの理由で上記の行程(物を構成している原子に光があたり、その反射を我々が目でみて、その映像を脳が受け取り、これは「物である」と判断している行程)がシャットダウンしたら、それでも物がないというのか?

「物がそこにある」って一体何よってことです。

シュレディンガーの猫で言うなれば、量子的な立場から言えば「生きている」「死んでいる」って一体なによ?ってことです。

一歩間違えれば、哲学の領域に踏み込む「量子論」。それは人間が観測できない状態を「状態」として定義しなければ先へ進まないところからきているのでしょう。この記事から科学と哲学は実は根底では繋がっているということを認識してもらえればと思います。



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投稿者:

中村 俊

中村 俊

1993/09/04生まれ。機械系大学院を休学し、ベンチャーでインターンしている最中。直近では、デカルトの「方法序説」に感銘を受けた。 趣味:読書、web開発の勉強、異分野の論文読んだり、記事書いたり。 最終的には経営者か研究者になりたい。

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