量子力学で「誤解」されていること

2018-02-26 (Mon)

瞬間移動（しゅんかんいどう）は、超能力の一種で、物体を離れた空間に転送したり、自分自身が離れた場所に瞬間的に移動したりする現象、及び能力のことである。テレポートもしくはテレポーテーションともいう。念力の一種と考えられている。

量子テレポーテーション（りょうしテレポーテーション、英:Quantum teleportation）とは、古典的な情報伝達手段と量子もつれ (Quantum entanglement) の効果を利用して離れた場所に量子状態を転送することである。

テレポーテーションという名前であるものの、粒子が空間の別の場所に瞬間移動するわけではない。量子もつれの関係にある2つの粒子のうち一方の状態を観測すると瞬時にもう一方の状態が確定することからこのような名前がついた。また、この際に粒子間で情報の伝達は起こっていない。これは、観測により任意の量子状態を実現することは不可能であることからもわかる。したがって、量子テレポーテーションを用いれば超光速通信が実現できるなどということはない。

戦後の日本人は、正しい歴史を学校で教わって来ませんでした。

そして、現代のメディアもまた、嘘の情報を流し続けています。

私たち日本人は、親日的な立場に立ち、正しく認識し直し、

客観的に情勢を判断する必要があります。

それでは、この書物を見ていきましょう！

『　【量子論】は、【実にわかりにくい】。

単に、理論の構成が複雑であるとか、高度な数学を用いるからというのではなく、「波動関数など基本的な概念が理解できない」「具体的なイメージが思い描けない」といった、【根の深いわかりにくさ】である。

　量子論に関する文献は膨大なので、これらを渉猟(しょうりょう)して知識を吸収すれば、自分なりに理解できるようになると思われるかもしれない。しかし、【文献によっては、主張が食い違っていたり、杜撰(ずさん)な記述が見られたりする】ので、量子論の初歩をかじっただけの人にとっては、かえって【混乱の元になる】。

ここ何年かは、【「量子もつれ」】と呼ばれる現象を中心に【量子論が日常的な常識といかに隔たっているかを解説した著作が続々と出版】されているが、この現象は初学者には理解が難しい上、【まるで離れた物体が超光速で交信しているかのように説明する文献もあって、誤解を招きやすい】。

　それにしても、量子論の解説書は、どうしてああもわかりにくいのか？

【明快に説明する努力を放棄している】としか思えない。【「位置や運動量が確定しない」のような否定的な表現】や、【「粒子であると同時に波である」といった矛盾した表現】を用いたものが多く、文章の意味を掴むことすら困難な場合がある。

　こうしたわかりにくさは、量子論の特性に起因する部分もあるが、かなりの程度まで、【説明の仕方に由来】する。

【イメージが思い描けないのは】、量子論が人間の知性を超えた理論だからというよりも、むしろ、【イメージしやすいリアルなモデルを提供しようとしない物理学者の責任である】。

リアルなモデルを用いずに説明するという方法論は、【量子論の勃興期】に【ボーア】や【ハイゼンベルク】が課した【“戒律”】と言っても良い。

　本書の目的は、【この戒律を破り、可能な限りリアルなモデルを使って説明】することで、【量子論的な現象に関する具体的なイメージを思い描けるようにする】ことである。

　リアルなモデルを採用することに対して、反対の立場もあるだろう。観測問題などを持ち出して、モデルによるイメージは量子論に馴染まないと批判されそうである。しかし、【こうした批判こそ、ボーアやハイゼンベルクの戒律を墨守することに他ならない】。

現在では、彼らが量子論を構築した当時とは比べものにならないほど【広範囲な分野に応用が拡がり、実用的なツールとして量子論が利用されている】。そうした中で、【量子論にまつわる哲学的な議論のかなりのものが、旧弊な見方として淘汰された】ことを知ってほしい。

　まずは、応用分野で量子論がどのように扱われているかに注目しよう。』

いかがでしょうか？

今回ご紹介させていただく書物は、昨今の「流行り」でもあり、最先端物理学分野でもある「量子論」に関して、一般的に広く「誤解」されているイメージについて、なぜ、そのような「誤解」が生じているのか、その理由を明らかにし、かつ、本来イメージされるべき「量子論」の正しい在り方についても、著者の考えを分かりやすく説明されている良書となります。もし、「量子論って何なの？」という疑問を持たれ、「量子論」について知りたいと思われる方々であれば、まず本書を一番最初にご覧頂くと良いと思います。

さて、昨日のところでは、長い歴史を経て、「ユダヤ教的な考え方」、「数学的な考え方」が混じり合って、重なり合って、現代の「欧米的な精神・思考」が成り立っている、そして、それは私たち日本人の考え方とは「対極」にある、ということを前提に、西欧に自然科学が確立し、日本の高校生、つまり大学受験までに「学校」の授業で教えてもらっている範疇である「ニュートン力学」・「マスクウェル電磁気学」、この２つを基礎とする「古典科学」のところまでの大雑把な流れを書かせて頂きました。

その「古典科学」は、１９世紀の終わりごろまでは、非常に上手くいっていましたが、２０世紀初頭、つまり、今から１００年ほど前になりますが、新しい段階へと発展していきます。

“すべての物質は非常に小さな、分割不可能な粒子（Atom、原子）で構成されている”という仮説や理論、主義のことを「原子論」と呼びますが、古くは古代ギリシャの時代に、その議論がありました。

レウキッポス

原子論の基礎を作ったとされるレウキッポスの学説は、次のようになります。

○事物の総体は限りがなく、互いに他へ変化する。

○すべては空なるもの（ケノン Kenon）と充実したもの（プレーレス=アトム atomoi）から成り立つ。

○世界はアトムが空におちこんで他のアトムと絡まり合うことによって生じる。そしてまた世界は、空とアトムへと分解する。

○アトムは一箇所に集まると渦を生じ、その渦の中で形の似たもの同士が結びつき、物体を生ずる。

しかし、不可分の粒子である「アトム（原子）」が物質を構成する最小単位であるとする「原子論」は、多くの人に受け入れられた訳ではありませんでした。

以下は、Wikipediaからの抜粋です。
↓
「　古代ギリシャの原子論は、広く人々に受け入れられたとは言い難く、その後2000年ほどの間、ヨーロッパにおいては大半の人々からは忘れ去られた考え方となっていた。

　デカルトなどは、"原子"などという概念を採用した場合、それがなぜ不可分なのかという問いに答えることは不可能と判断し、粒子はすべて分割可能だとした（原子論の否定）。

　20世紀初頭になっても、科学者の主流派・多数派は、物質に（中間単位としてであれ）構成単位が存在するという説は疑わしいものだと見なしており、一般の人々も含めて、Atomという単位が存在するとは思っていなかった。」

アルベルト・アインシュタイン

ところが、アインシュタインによる「ブラウン運動」に関する理論（仮説、１９０５年）などによって、理屈や理論ではなく、何らかの粒子が存在する、と認知されるようになります。

ブラウン運動のシミュレーション。黒色の媒質粒子の衝突により、黄色の微粒子が不規則に運動している。

以下は、Wikipediaからの抜粋です。
↓
「　ブラウン運動（ブラウンうんどう、英語: Brownian motion）とは、液体のような溶媒中に浮遊する微粒子（例：コロイド）が、不規則（ランダム）に運動する現象である。

　この現象は長い間原因が不明のままであったが、1905年、アインシュタインにより、熱運動する媒質の分子の不規則な衝突によって引き起こされているという論文が発表された。この論文により当時不確かだった原子および分子の存在が、実験的に証明出来る可能性が示された。後にこれは実験的に検証され、原子や分子が確かに実在することが確認された。」

アーネスト・ラザフォード

そして、ラザフォードによって、惑星モデルとも呼ばれる、原子の内部構造に関する「原子模型」が提唱されます。

このモデルは、原子の中心に、原子のほとんどの質量が集中する小さな原子核が存在し、その周りに軽い電子が存在するといったもので、古典科学のマスクウェル電磁気理論に従えば、原子核の周りを周回する電子は、必ず電磁波を放出しているため、電子はそのエネルギーを失って、電子自体が原子核まで落ち込んでいくはず・・・であれば、そもそも原子構造が崩壊し、あらゆる物質は跡形もなく潰れてしまうのでは？・・・となったわけです。

つまり、「原子や分子の実在」が意味するところは、まず「空間」があって、そこに「物質」が浮遊していて、お互いに「力」を及ぼし合いながら、「時間」の経過とともに運動する、という非常にシンプルな「古典科学」の基本的理念の変換を要求するものであったということになります。つまり、その根底から覆されたということになります。

簡単に言いますと、「空間」も「物質」も「力」も「時間」も、すべて統一して考えるべきもの、という方向へ向かっていき、現在に至っているわけです。

「ニュートンの力学」と「マクスウェルの電磁気学」は、「空間」の内部に、「粒子状」の「物質」が、連続的な「場」として存在していて、それらの「物質」が電磁場から「力」を受け、電磁場も「物質」によって変動すると考えていました。

マクスウェルの理論では、「光」も「電磁波」という電磁場の振動が伝播する「波動」だと説明し、その一方で、アインシュタインは「光」は「粒子」のような存在だと説明する、といった、現在の「量子論」の説明にも見られる「波動」なのか「粒子」なのか、よく分からない状態にあったのですが、そこにルイ・ド・ブロイが「粒子性」と「波動性」を結びつける「ド・ブロイ波」を提唱し、後にシュレディンガーによる波動方程式として結実し、量子力学の礎を築くことになります。

ルイ・ド・ブロイ

そして、詳しい説明は、ここでは省略をさせて頂きますが（詳細は本書をご参照ください）、市販の解説書で説明されている、いわゆる「量子力学」は、「古典科学」である、質点（質量を持つ点状の粒子）を扱った「ニュートン力学」の延長線上に構築されている、著者が言うところの「粒子の量子論」であり、「相互作用が伝播するスピードは光速を超えない」という「相対論」の要請を満たしていないものになっています。

そういった解説書による説明で「典型的」なものが、「量子もつれ」に見られる、「何光年離れていようとも」、光速を超えた「相互作用がある」といったファンタジックな解説です。

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そこで、本書では、「相対論」に適合する原理的な量子論として、「粒子」ではなく「場」に量子化の手法を適用した「場の量子論」を解説されていて、世間一般に広く誤解されている「量子力学」について、初学者でも理解できる具体的なイメージの提供がなされているというわけです。

「粒子」という考え方に拘っていると、大きな間違いをしてしまう、ということなのですが、本日の最後に、高校物理のアーネスト・ラザフォードに関する動画をご紹介させて頂きますが、その冒頭から「ツブツブ～♪、ツブツブ～♪」って始まっているのですが、まさに、このような「先入観」が元凶になっているのかもしれませんね。

続きは次回に♥

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