シュレーディンガーの猫-その実験と猫の救われ方とは

01-10-202301-10-2023 Tony Hayes

シュレーディンガーの猫理論とは、1935年に物理学者エルヴィン・シュレーディンガーが、それまで解決できなかった量子の重ね合わせのパラドックスを解決するために、「箱の中で猫が死んだり生きたりすることがある」と発表した理論である。

しかし、冒頭で述べた「量子重ね合わせ」とは、要するに、ある粒子（原子、電子、光子）において、複数のエネルギー状態が同時に存在しうるというものです。ただし、それが観測されるまでの間だけですがね。

アメリカのイェール大学では、現代の科学者たちもこの研究を続けているんですよ。

しかし、この理論について理解する前に、シュレーディンガーの猫理論をペットで試すのはやめてほしいということを指摘しておきます。この理論には放射性元素が含まれており、理解できない人には危険です。

だから、落ち着いて、私たちと一緒にこの理論をもう少し理解しましょう。

ところで、シュレーディンガーの猫理論はどうなっているのでしょうか？

すでに述べたように、1935年に物理学者エルヴィン・シュレーディンガーが「シュレーディンガーの猫実験」を行ったが、彼の本意は「コペンハーゲン解釈」の実用上の限界を明らかにすることにあった。そのために、彼は「箱の中の猫は生きていると同時に死んでいることがある」という仮説を提示した。

まず、子猫を箱の中に入れ、放射性物質と一緒に入れる。

しかし、箱の外にいる人は、そこで何が起こっているのか、内部で何が起こっているのかわかりません。

これは、もし猫が粒子であったなら、生きていると同時に死んでいる可能性があるからです。実際、この解釈は量子物理学で最も有名とされており、素粒子の世界の法則や量子力学を理論の指針にしたわけですから。

例えば、電子の状態がわからなければ、電子は同時にすべての可能な状態にあると考えることができるとしていますが、これはあくまで観測されるまでの話です。

実は、この現象を光の干渉で観察すると、素粒子の世界の2つの現実が衝突する。実際には、どちらか一方しか見ることができないだろう。

先験的に、実験は密閉された箱の中で行われ、その中には放射性崩壊源の入ったガイガーカウンターと、毒の入った密閉された小瓶と猫が一緒に置かれていた。

そのため、放射性物質の入った容器から粒子が出始めると、カウンターが放射線を感知し、ハンマーが作動して毒の入った小瓶が割れ、死亡する。

なお、この実験では、放射性物質の量は50％の確率で検出される程度だったので、毒が出る瞬間は誰にもわからないし、箱の中を見ることもできないので、猫は生きているか死んでいるかわからない。

しかし、この二重性は、すでに説明したように、誰も箱を開けることを許されなかったからこそ可能だった。なぜなら、すでに述べたように、観察者がいて、光があれば、二つの現実は終わるからだ。つまり、猫が本当に生きているのか死んでいるのかがリアルにわかるのである。

そのため、現在でも有名な理論であることから、アメリカのイェール大学の一部の科学者は、シュレーディンガーの有名な猫の実験のビヒアンを救う正確な方法を発見したと主張している。基本的に、科学者グループが行ったことは、量子レベルでの粒子の振る舞いを発見することだった。

彼らによると、粒子のエネルギー状態間のランダムで突然の移行は量子ジャンプと呼ばれ、物理学者はまさにこのジャンプで結果を操作し変えることができたのだ。

重要なのは、量子ビットと呼ばれる人工の原子を使った実験です。ちなみに、この原子は量子コンピュータの情報の基本単位として使われています。ジャンプが起こりそうだという警告信号をいち早く受け取ることができるかどうかを調べたかったのです。

実は、この量子データの管理や、起こりうるエラーを修正することが、有用な量子コンピュータを開発するための重要な要素になるかもしれません。

したがって、アメリカの科学者にとっては、この実験で示された効果は、彼らの観察にもかかわらず、ジャンプ中のコヒーレンスの増加を意味した。少なくとも、このことを発見することによって、猫の死を避けるだけでなく、状況を予測することができるからである。

つまり、現象を操作することができ、その結果、シュレーディンガーの猫は救われるのです。

というのも、これらの事象の1つを逆転させることは、量子状態の進化が、部分的にはランダムではなく、決定論的な性格を持つことを意味するからです。なぜなら、ジャンプは、この場合ランダムである出発点から常に同じ予測可能な方法で起こるからです。

基本的に、この理論が証明したかったのは、これらの要因が自然現象と同様に予測不可能であるということです。実際、火山は予測不可能なことの好例です。

しかし、正しくモニターすれば、この2つの状況を事前に察知することができ、最悪の事態を回避するための早期の対策が可能となります。

最後に、このテーマについてさらに理解を深めていただくために、非常に解説的なビデオを選びました：

ともあれ、これでシュレーディンガーの猫理論が理解できましたか？

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情報源: Hiper cultura、Galileu magazine、Galileu magazine

画像：Hyper cultura、Galileo Magazine、Total Biology、Medium、RTVE.ES