1935年–量子物理学への貢献でノーベル賞を受賞してから2年後–オーストリア 物理学者のエルヴィンシュレーディンガーは、シュレーディンガーの猫のパラドックスとして知られる有名な思考実験を提案しました。
シュレーディンガーの猫のパラドックスとは何ですか？
パラドックスは、大衆文化における量子力学について最もよく知られていることの1つですが、それは単にシュールで面白いだけではありません。 量子世界がどのように振る舞うかを説明する方法、それは実際に量子の支配的な解釈の重要な批判にぶつかります 力学。
生きている猫と死んでいる猫の不条理な考えを提案しているので耐えますが、いくつかあります ある意味で、これは量子力学が示唆するかもしれないものだからです。 可能。
シュレーディンガーはまさにこの理由で思考実験を思いついた。 他の多くの物理学者と同様に、彼は量子力学のコペンハーゲン解釈に完全には満足していませんでした。彼は自分が見たものを伝える方法を探していました。 中央の欠陥 現実を説明する方法としてその中に。
量子力学のコペンハーゲン解釈
量子力学のコペンハーゲン解釈は、量子物理学が物理的な意味で実際に何を意味するのかを理解するための最も広く受け入れられている試みです。
本質的には、波動関数（粒子の状態を表す）とシュレディンガー 方程式（波動関数を決定するために使用）は、量子について知ることができるすべてを教えてくれます 状態。 これは最初は理にかなっているように聞こえるかもしれませんが、これは現実の性質について多くのことを意味し、多くの人にはうまくいきません。
たとえば、粒子の波動関数は空間全体に広がるため、コペンハーゲン解釈では、測定が行われるまで粒子には明確な位置がないとされています。
測定を行うと、波動関数の崩壊が発生し、粒子は即座にいくつかの可能な状態の1つに陥ります。これは、確率の観点からのみ予測できます。
解釈によると、量子粒子は実際には位置、運動量、スピンなどの観測量の値を持っていません 観察が行われるまで. それらは、いわゆる「重ね合わせ」で、さまざまな潜在的な状態で存在し、本質的に いくつかの州はより可能性が高いことを認めるために加重されていますが、一度にそれらすべてとして考えられました その他。
この解釈を他の解釈よりも厳密にとる人もいます。たとえば、波動関数は単に理論的なものと見なすことができます。 科学者が実験の結果を予測できるようにする構成–しかし、これは広く解釈が量子をどのように見ているかです 理論。
シュレーディンガーの猫
思考実験では、シュレディンガーは猫を箱に入れることを提案したので、毒の入った小瓶と一緒に猫を観察者から隠しました（これも防音箱だと想像できます）。 毒のバイアルは、特定の量子イベントが発生した場合に猫を壊して殺すために装備されています。シュレディンガーは、ガイガーカウンターで検出可能な放射性原子の崩壊であると見なしました。
として 量子過程、 放射性崩壊のタイミングは、特定のケースでは予測できず、多くの測定値の平均としてのみ予測できます。 したがって、実際に腐敗と毒物破壊のバイアルを検出する方法がないため、実験でそれが起こったかどうかを文字通り知る方法はありません。
粒子が量子論で測定される前に特定の場所にあるとは見なされないのと同じように、 可能な状態の量子重ね合わせ、放射性原子は「崩壊した」と「ない」の重ね合わせであると見なすことができます 腐敗した。」
それぞれの確率は、特定のケースではなく、多くの測定で正確なレベルに予測できます。 それで、放射性原子が重ね合わせにあり、猫の寿命がこの状態に完全に依存している場合、これは猫の状態も状態の重ね合わせにあることを意味しますか？ 言い換えれば、猫は生きているものと死んでいるものの量子重ね合わせにありますか？
状態の重ね合わせは量子レベルでのみ発生しますか、それとも思考実験はそれが巨視的なオブジェクトにも論理的に適用されるべきであることを示していますか？ 巨視的なオブジェクトに適用できない場合は、どうしてですか？ そして何よりも、これは少しばかげていることではありませんか？
どうしてそれが重要ですか？
思考実験は、量子力学の哲学的中心に到達します。 理解しやすいシナリオの1つでは、コペンハーゲン解釈の潜在的な問題が明らかにされ、説明の支持者には説明が残されています。 大衆文化で耐えられた理由の1つは、間違いなく違いを鮮明に示していることです。 量子力学が量子粒子の状態を説明する方法と、巨視的に説明する方法との間 オブジェクト。
しかし、それはまた、量子力学における「測定」が何を意味するのかという概念にも取り組んでいます。 波動関数の崩壊の過程は基本的に何かが観測されたかどうかに依存するため、これは重要な概念です。
人々はする必要がありますか 物理的に観察する 量子イベントの結果（たとえば、ガイガーカウンターの読み取り）、または単に巨視的なものと相互作用する必要がありますか？ 言い換えれば、このシナリオでは猫は「測定装置」ですか？それはパラドックスがどのように解決されるかということですか？
広く受け入れられているこれらの質問に対する答えは実際にはありません。 パラドックスは、経験に慣れている人間にとっては腹が立つのが難しい量子力学についてのそれが何であるかを完全に捉えています。 巨視的な世界、そして実際、その脳は、亜原子の世界ではなく、あなたが住んでいる世界を理解するために最終的に進化しました 粒子。
EPRパラドックス
EPRパラドックスは、量子力学の問題を示すことを目的とした別の思考実験であり、パラドックスを考案したアルバートアインシュタイン、ボリスポドリスキー、ネイサンローゼンにちなんで名付けられました。 これはに関連しています 量子もつれアインシュタインが有名に「遠隔作用」と呼んだ。
量子力学では、2つの粒子が「絡み合う」可能性があるため、ペアのいずれか1つを参照せずに記述することはできません。 その他–それらの量子状態は、1つの粒子に対して1つと1つの粒子に対して1つに分離できない共有波動関数によって記述されます。 別の。
たとえば、特定の絡み合った状態にある2つの粒子の「スピン」を測定でき、一方が測定された場合は スピンが「上」であるため、もう一方はスピンが「下」である必要があり、その逆も同様ですが、これは事前に決定されていません。
とにかくこれを受け入れるのは少し難しいですが、EPRパラドックスが提案している場合、2つの粒子が非常に離れているとしたらどうでしょうか。 最初の測定が行われ、「スピンダウン」が明らかになりますが、その後すぐに（非常に高速で、軽い場合でも） 信号が時間内にある場所から別の場所に移動できなかった可能性があります）2番目に測定が行われます 粒子。
信号が2つの間を移動することが不可能な場合、2番目の粒子は最初の測定の結果をどのように「認識」しますか？
アインシュタインは、これが量子力学が「不完全」であり、このような一見非論理的な結果を説明する「隠れた変数」が働いていることの証拠であると信じていました。 しかし、1964年に、ジョンベルは、アインシュタインが提案した隠れた変数の存在をテストする方法を見つけました。 不等式が見つかった場合、それが破られた場合、隠れた変数では結果を取得できないことが証明されます。 理論。
これに基づいて行われた実験では、ベルの不等式が破られていることがわかりました。したがって、パラドックスは、量子力学のもう1つの側面にすぎません。 どうやら 奇妙ですが、それは単に量子力学が機能する方法です。