シュレディンガーの猫の意味をなるべくわかりやすく

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これほど分かりにくいパラドックスが
世の中にあるのか?

それが
シュレーディンガーの猫


パラドックスというのはたくさんあって
見ていると面白いですが
このシュレディンガーの猫は
なにが不思議なのか意味がさっぱり分かりません。


そのわりには
「世紀のパラドックス」
みたいなあつかいをされています。


気になってしょうがないので
調べまくっていたら
なんとな~くですが分かってきたので
なるべくわかりやすく説明してみます。

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どういう意味なのか


このパラドックスがどういうことなのか?
それは

1.量子(電子などの小さなもの)の世界では
私たちの常識とはちがう不思議な現象がおきる。


2.その「不思議な現象」を説明していくと
今度は私たちの現実世界に矛盾が生じる。


ということで、
シュレディンガーの猫の意味を知るためには
まず予備知識として1.がどういうことか
知っておく必要があります。




そもそも
シュレディンガーの猫とは何かは
こちらをごらんになるといいと思います。




猫かわいそう! 
という心配は無用です。

これは思考実験なので、
本当に猫をこんな危険な目に
あわせるわけではありません。


それはともかく、分かりましたでしょうか?
これだけでは意味が分かるわけないと思います。

途中までは、
なんとなく理解できたとしても1:47からの

「量子力学ではミクロの物質は
人間が観測しないかぎり
もやもやとした雲のような状態」


あたりから急激にわけわかんなくなります。
寝言いってるんですか?


じつはこれが、先ほどの「1.」の
「量子(電子などの小さなもの)の世界では
私たちの常識とはちがう不思議な現象がおきる」

部分にあたります。


この動画は、おそらくもっとも
シュレディンガーの猫の意味を
わかりやすく説明していると思いますが、

それでもなんのこっちゃとなるのは
上記の「もやもやとした雲のような状態」
について、なんの説明もないからでしょう。



これについては
シュレーディンガーの猫の意味自体は
いったん置いといて

まずは「二重スリット実験」について知ると
少しわかりやすくなります。


二重スリット実験


まあ、シュレディンガーの猫そのものが
意味わかならいというのに
さらに「二重スリット実験」なんて
よくわからないものを出されても
って話ですが、
これについて知るとかなりヒントになります。


これも動画で見るとわかりやすいです。




まあ、これはこれで
わけわかんない話かもしれませんが

ポイントは
1:54より前のマクロの世界(私たちの感じる世界)
それ以降のミクロの世界(量子、電子の小さな世界)では
同じことをしても違う現象が起きるということです。

その小さな電子の動きは
私たちの常識ではどうしても説明できない
不思議な軌跡を残している。

そこで3:52から
実際に電子がどう動いているのかを
観測しているわけですが

どういうわけか観測すると、
電子は当たり前の動きをしている。



つまり、不可解なことに電子は
見ていないと不思議な動きをするが
見ていると当たり前の動きをする

ということです。

人間が見ている(観測している)だけで
電子はその動きを変えてしまうため、
人間が見ていない(観測していない)とき、
電子がどういう動きをしているのか分かりません。


これは困ります。

量子(電子など)はその痕跡から
不可解な動きをしているのだけは分かりますが
具体的にどう動いているのかを見ることはできない、
ということですね。

1.実験開始!
2.???
3.不思議な結果


この「2.」の部分がわからないから
「3.」の「不思議な結果」が説明できない。



で、当時の科学者たちはどう考えたかというと、

「どうせ見えないんだから、
こっちで好きに解釈しとけばばいいじゃない?」


という、発想になったわけです。
大胆といえばそうでが、
まあ結果さえ合っていればいいわけですからね。


で、「3.」の結果は分かっているから
「2.」の過程の部分はそれに合わせて
むりやりでもいいから理論をくみたてればよい、


それは実際の量子の動きと
本当にあっているかどうか分からないが
どうせ途中の過程は観測しようがないのだから
結果さえ合っていればそれでよい、
ということですね。


ただ、その「結果」がそもそも
さっきの動画の2:32でメガネのおっちゃんが
「なんだって!?」て言っているように

「とても不思議な結果」なので
その過程を理論として組み立てると
やはり不思議な理論ができあがることになります。



それが次のもの。
ものすごくわけのわからないことをいいますが
ともかくありのまま述べるとこんな感じです。

・量子は観測していないときは、その場所が定まっていない
・しかし人間が観測すると、その場所を定める


というもの。


私たちの感覚では、たとえば野球のボールが
ホームベースにあるか二塁ベースの上にあるかは
たとえ「誰が見ていなくても」決まっています。

しかし、これが量子の場合、
誰も見ていないと、
どっちにあるのか決まっていないのです。

「見ていないからどっちにあるか分からない」
のではなく、本当にどっちにあるか
決まっていない
というのがポイントです。


いっこの量子がホームベースと二塁ベースに、
分身の術のようにぼんやりと両方に存在していて
人間が観測した瞬間に「シュッ!」とホームベース、
あるいは二塁ベースに場所を定める
、というイメージです。

わたしたちの常識ではとうてい受け入れがたく、
強引な理論のように感じますが
とにかく先ほどの二重スリット実験の結果を
合理的に説明すると、
いまのところこのような結論になっています。


これが、最初のシュレディンガーの猫の動画の

「量子力学ではミクロの物質は
人間が観測しないかぎり
もやもやとした雲のような状態」

ということになります。


この「雲のような状態」は
実際に見ることはできません。


なにしろ見た(観測した)瞬間に
シュッ! と場所を定めてしまうわけですからね。


もちろん多くの人が
「こんなわけのわからん話あるか!」
と、もう少しわかりやすくなる理論を
考えようとしたのですが

現在のところ量子の動きを合理的に説明するには
さきほどの

・量子は観測していないときは、その場所が定まっていない
・しかし人間が観測すると、その場所を定める


というのが、まだしも一番
わかりやすい話になっています。



でもまあ、ミクロの世界ですから
常識はずれでも結論が正しければそれでいいじゃない
どうせ見えないんだし!

ということで、量子力学の世界でも
この理論は定着したのですが、

そこにシュレーディンガーという人物が
疑問を投げかけたのです。

それが「シュレーディンガーの猫」という
パラドックスなのです。

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もう一度、このパラドックスについて


ここでもういちど、はじめの動画を見ると
意味がわかりやすく感じると思います。
(最初よりはね)




冒頭の0:15で
「量子力学では、人間が見ることが
ミクロの物質の状態をかえます」

といっていますが、これが先ほど説明した

・量子は観測していないときは、その場所が定まっていない
・しかし人間が観測すると、その場所を定める

ということです。


そして0:44に出てくる放射線が
ミクロの物質、量子ということです。


そこから検出器、ハンマーと繋がっていますが
ようは、1:24でのべているとおり、

「ミクロの物質の状態(位置)によって」
猫の生死と直結するしかけ」


ということですね。


くりかえしますけど、
これはあくまで思考実験なので、
本当に猫をこんな装置に
放り込むわけではありませんからね!

猫好きの私としては
とくに強調しておきたい点です!


えと、なんの話でしたっけ?
そう「シュレディンガーの猫」をわかりやすく
説明しようとしているんでしたね。

それで、1:30あたりで装置のとびらを閉めています。
つまり「人間が観測できない状態」になりました。


またくりかしますが

・量子は観測していないときは、その場所が定まっていない
・しかし人間が観測すると、その場所を定める


ここでの放射線はミクロの物質なので、
量子と同じ性質をもつ、
そして「人間が観測できない状態」なので、

「放射線はその場所が定まっていない」
ということになります。


つまり、量子がホームベースと二塁ベースに
同時にぼんやりと存在していたように

放射線は「発生している状態」と
「発生していない状態」が
同時にぼんやりと存在することになります。



そんなバカな! という話ですが、
これは先ほどの二重スリット実験のとこで

「そうしないと量子の動きが説明できない」
わけですので、量子力学の世界では
とにかくそういうことになるのです。


まあいいじゃないですか、
放射線だって目に見えないわけですし
装置をあける(人間が観測する)時点で
発生しているかしていないか定まってくれれば
それでいいわけですから。



なので装置の扉がしまっている間は
放射線は「発生している状態」と
「発生していない状態」が
同時に存在しててもいいのです。

量子力学の世界ではこういうことなるのです。
めでたし、めでたし。


……なんですが、
この装置は放射性が発生すると、
それが検出器、ハンマーと伝わっていって
最終的には猫が死ぬようになっています。



つまり、放射線が「発生している状態」と
「発生していない状態」が
同時に存在しているということは

検出器は放射線を「感知している状態」と
「感知していない状態」が同時に存在することになり、

そこから猫が「生きている状態」と
「死んでいる状態」が同時に存在することになります。



装置のとびらを開けて人間が観測した瞬間に
量子がシュッ! とホームベースか
二塁ベースに位置をさだめたように

猫もシュッ! と生きているか死んでいるか
定まるわけですが、


電子とか量子とか放射線とかの
目に見えないものならともかく、
猫のような大きなものにたいして

いくら見ていないからとって
「生きている状態」と「死んでいる状態」が
同時に重なりあって存在するというのは
無理があるでしょう!

というのが
シュレディンガーの猫の意味なのです。


じゃあやっぱり

・量子は観測していないときは、その場所が定まっていない
・しかし人間が観測すると、その場所を定める

なんて間違っているよ!

となりそうですが、
そうすると先ほどの二重スリット実験結果を
説明できなくなる、


だからといって、この理論を認めると
猫が生きていて死んでいる状態が存在することになり
これもおかしい、

つまりどっちにしても矛盾が生じるので、
「シュレディンガーの猫のパラドックス」

ということなのです。

わかるようになると面白いです!


ということでどういう意味か
なるべくわかりやすく説明したつもりですが
前提である量子の特徴の部分がわかりにくいので
このシューレディンガーの猫も
なかなかわかりにくいです。


しかし、いったん二重スリット実験から出た

・量子は観測していないときは、その場所が定まっていない
・しかし人間が観測すると、その場所を定める


を認めると、あとの意味も
「こういうことなんだな~」
とわかりやすくなるでしょう。


こういった不思議な話は、宇宙の話と同様、
日常生活からスッとはなれることができるので
気分転換としてはよいですね。


今回は長くなったので
二重スリット実験の具体的な部分は省いていますが
興味があればそちらについて調べるのも面白いと思います。

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