2024-06-09

量子力学観測問題解釈模索

状態ベクトルの収縮は、ユニタリ変換による時間発展という過程露骨矛盾しているように思える。

どのように20世紀物理学者はこの問題に折り合いをつけていたのか。

ボーアによるコペンハーゲン観点

状態ベクトルは実際に量子論レベルでの実体を表すのではなく、観測者の心の状態を表していると主張している。

したがって、状態ベクトルの収縮という過程でのジャンプは単に観測者の知識状態不連続な変化の結果で、物理学実体を持ちうるような物理学的変化ではない。

環境によるデコヒーレンスという観点

観測という過程物理系はそれを取り巻く環境と解きほぐしようもなく絡み合うことになるという事実を利用する。

すると環境における自由度ランダムで、観測不能と考えられるため、その自由度を足し上げることによって、状態ベクトルによる記述ではなく密度行列による記述が得られる。

この密度行列が、基底に関して対角行列となる時、物理系は対角成分のうちの一つによって表される状態になり、その状態にある確率は対角成分の値によって与えられる。

世界という観点

状態ベクトルユニタリ変換による時間発展をし、物理学実体を表している。

その結果、観測においてはあらゆる観測結果が同時に存在する。

ただし、それらの観測結果のそれぞれが観測者の意識の異なる状態と絡み合っている。

したがって、対応する異なる意識状態もまた同時に存在し、それぞれが異なる世界体験し、異なる観測結果に遭遇することになる。

新しい物理理論という観点

量子力学の従来の定式化は暫定的で、観測過程意味づけをするために新しい物理理論必要という可能性もある。

ブロイボームの枠組みや、コンシステントヒストリー理論のような標準的量子力学と異なるような観測結果は持たないようなものもあるが、別な枠組みによれば、少なくとも原理的には標準的量子力学と新しい理論区別する実験存在すると思われる。

 

おそらく物理学者の大半は、これらの観点最初の3つの観点を抱いていると言っても良いと思われる。

そうした物理学者は、量子論形式が持つ数学的な優雅さは言うまでもなく、量子力学予言が目を見張るような形で例外なく実験によって立証されているということが、この理論が何ら変更を必要としていないということを示す、という議論をするかもしれない。

しかし、これらの物理学者のうち多くがそれでもなお量子力学に関する現状に居心地悪さを感じているかもしれない。

その理論に対する完全に認められた唯一の解釈存在しないという単純な事実が、この居心地悪さを煽っている。

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