これまでの記事では、量子力学が扱うミクロな粒子の特性として、「干渉」や「波動関数の確率的な解釈」などを紹介してきました。
特に前回の記事では、観測前の電子は「どこかひとつの場所に決まって存在している」のではなく、その波動関数が空間内の様々な場所に広がった「重ね合わせ状態」にあることを紹介しました。
今回は、この「重ね合わせ状態」の特性を象徴的に示した思考実験「シュレーディンガーの猫」とそこから見える量子力学の世界観の奇妙さを紹介します。
シュレーディンガーは、量子力学的な現象の１つである放射性物質のベータ崩壊に着目しました。
これは、ある種の放射性物質の原子核が、ある時間（半減期）のあいだに「およそ50％の確率」で崩壊し、ベータ線という放射線を放出する、という確率的な現象です。
シュレーディンガーは、ベータ崩壊を起こす放射性物質と、その放射線を検出する装置、毒ガス発生装置、そしてネコを、中身の見えない箱の中に一式まとめて入れた状況を考えました。
放射性物質のベータ崩壊が起きて放射線の検出器が発動すると、毒ガスが発生し、ネコが死んでしまう、という箱です。
ここで毒ガス発生装置の起点となるベータ崩壊は、間違いなく、量子力学的な現象です。
先ほどの「重ね合わせ状態」の考え方に基づくと、観測前は「原子核がベータ崩壊を引き起こしていない状態」と「原子核がベータ崩壊を引き起こした状態」が重ね合わせになっている、ということになります。
この箱の中では、原子核がベータ崩壊を起こしたかどうかが、毒ガス発生装置の作動とネコの生死にそのまま連動しています。
ということは、「重ね合わせ状態」という考えに従うと、箱を開けて中を確認（観測）するまでは、「ネコが生きている状態」と「ネコが死んでいる状態」が重なった状態にあることになります。
これは、「ネコは生きても死んでもいる」という奇妙な結論を意味します。
シュレーディンガー自身は、「人間が箱を開けて観測するかどうかに関わらず、ネコの生死はどちらか一方に決まっているはずだ」と考えていました。
つまり、「ネコが生きている状態と死んでいる状態の重ね合わせ」などという結論に至るのはおかしい、という主張を、あえて極端な例で示したのです。
この皮肉を込めた思考実験が、かの有名な「シュレーディンガーの猫」です。
この思考実験をどう解釈するかについては、今なお研究者の間で意見が分かれています。
この思考実験からも分かるように、量子力学の考え方は私たちの直感から大きく外れています。
それだけ、この量子力学という学問は奥深く、難しいのです。
しかし、その特異な世界観こそが量子コンピュータの基本原理にもなっており、現代の情報技術にとって非常に重要な役割を果たしています。
また、磁性や超伝導をはじめとするさまざまなマクロな現象を理解するうえでも、量子力学は欠かせない理論的な土台になっています。
ここまで、8つの記事を通して、電子などのミクロな粒子の運動を記述する量子力学の世界を見てきました。
今後は、ここで紹介してきた量子力学の不思議な世界観を土台として理解されている、磁性や超伝導など、さまざまなマクロな現象を紹介していきます。
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