エヴェレットの多世界解釈

量子力学

$\Delta x\, \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}$

不確定性原理

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エヴェレットの多世界解釈（エヴェレットのたせかいかいしゃく）もしくは単に多世界解釈 （たせかいかいしゃく、many-worlds interpretation）とは、量子力学の観測問題における解釈のひとつである。1957年、プリンストン大学の大学院生であったヒュー・エヴェレット三世(Hugh Everett III) によって提唱された。

概要

今日の量子力学の主流であるコペンハーゲン解釈では、波動関数の収縮という現象を想定している。コペンハーゲン解釈は、その例外が生じることの合理性の説明を一切提供していない。一般に、例外を含む理論は不完全と見なされる場合が多く、例外のない記述をした理論の方が優れていると考えられる場合が多い。

具体的に言えば、通常の波動関数の時間発展はユニタリ変換であるのに対して、波動関数の収縮はユニタリ変換ではない。もっと、細かく条件を限定して言えば、波動関数の写像は単射であるが、収縮の写像は単射ではない。そこで、写像が単射となる条件を満たすように定式化した物がエヴェレットの定式化である。この定式化によって数式的な例外はなくなり、これは、観測も含めた定式化を行なったと表現することができる。そのような意味で「観測者を含む宇宙全体に対する量子状態を記述した」と表現されることもある。

エヴェレットの定式化の導入によって、コペンハーゲン解釈で波動関数の収縮と見なされる現象は、数学的にユニタリ変換となる。しかし、定式化に対応する実体が伴わないのであれば、単なる形式美を追求したに過ぎず、数式としての必要性はあっても、理論としての必要性には乏しい。そこで、定式化に実体を伴わせるために、多世界が実在すると考えるのが多世界解釈である。

観測問題において、コペンハーゲン解釈の波動関数の収縮は、多世界解釈では干渉性の喪失に置き換えられる。しかし、ただ現象を置き換えただけなので、何時、何が干渉性の喪失を引き起こすかは説明出来ず、シュレーディンガーの猫等の問題の解決手段とはならない。また、多世界解釈は、意識が量子の状態を決めるとする説や量子デコヒーレンス理論のような観測問題の解決手段に対して、何ら矛盾が生じる物ではない。よって、観測問題の解決手段とは全く別の視点での解釈と言える。

エヴェレット自身はその論文中でエヴェレットが提唱した理論は決定論的であると述べている。ただし前述のようにエヴェレット自身は多世界という言葉を用いておらず、多世界という時に想定される単一の世界を相対状態（relative state）と呼んでいる。真に実在しているのは波動関数その物であり、多世界解釈という時、単一世界と見做されるものは（どのバージョンの私を観測者に置くかに依存する）相対状態にすぎない。波動関数は決定的と述べているのである。

詳細

エヴェレットが提唱した学説はコペンハーゲン解釈から「収束」を抜き、観測者にも量子力学を適用した物で、例えばシュレディンガー猫は、「死んでいる猫と生きている猫の重ね合わせ状態」と「確定した状態にある観測者」を別に考えるからパラドックスに思えるだけである。考えを宇宙全体に拡大すれば当然、外部に観測者はいないので永遠に重なり合っている。つまり「可能性の重ね合わせ」は収束によって消えてしまったわけでも、「他の世界」へ分離していったわけでもなく、客観的には「今この場所」に存在はするが、人間自身（及びいかなる情報処理システム）も、一つの相対状態に属するため「可能性全体」を認識することはできない。

この解釈を取ることの利点には「収束」を仮定しなくてもいいことと、波動関数の適用に「マクロ」と「ミクロ」というあいまいな区分をしなくてもすむと言うことがあり、欠点にはまじめに観測者の波動関数まで計算したところで手間が増えるだけで予言の精度は変わらないし、他の可能性の実在を観測によって証明することはできないなどがある。

ちなみに観測が起きたらイベントが分岐し、2つの世界が現れおのおのの道を進むというような解釈をされていることが非常に多いが、これはオリジナルのアイディアとはかけ離れた解釈である。

有名なシュレーディンガーの猫について一般的な解釈（コペンハーゲン解釈）とエヴェレットの多世界解釈の両方を示す。

一般的な解釈

シュレーディンガーの猫は観測者が観測するまで（観測者にとって）、「生きている猫」と「死んでいる猫」の重ね合わせの状態にある。観測者が観測する過程で（観測者にとって）、猫の状態はどちらか一方に定まる。これがいわゆる波動関数の収束である。

多世界解釈

宇宙は絶対的には、「猫が生きている世界」と「猫が死んでいる世界」の重なりあいのままであり何も起こらない。当然、「猫が生きている相対状態」に属する観測者は猫が生きていると観測し、「猫が死んでいる相対状態」に属する観測者は猫が死んでいると観測する。もちろん、観測者は、猫を観測するまで自分がどちらの相対状態に属するのか知ることは出来ない。

シュレーディンガーの猫の例では、宇宙は無数の相対状態を含んでおり、その一部は「猫が生きている相対状態」であり、また別の一部は「猫が死んでいる相対状態」であり、その分布は量子力学方程式に従うと言うのが正確である。つまり、あらゆる事象について、一般的な解釈と多世界解釈で予測される結果に差は出ない。

さらに、解釈の違いにより結果が変わることは原理的にありえないため、どちらが正しいのかは議論するようなものではないとも考えられている。しかし、特殊な実験や宇宙論的な視点などから、どちらが正しいか決められる可能性があるとする考え方も一部にはある。

歴史

多世界解釈のアイディアは、1957年、当時プリンストン大学の大学院生であったヒュー・エヴェレット三世(Hugh Everett III)によって創始されたものであるが、「多世界解釈」(Many-worlds interpretation; MWI)という名前は、エヴェレットの研究についてより多くの記述をしたデウィット(Bryce DeWitt)によってつけられたものである。デウィットの公式は有名になっているが、多くの人がそれをエヴェレット自身の研究と混同している。

エヴェレットの多世界解釈の考え方はSFに多用されてきた。1976年SF誌『アナログ』がエヴェレットの理論を取り上げられる。ドイチェは1985年平行世界の考えを使って計算する量子コンピュータを提唱した。ただ、量子コンピュータの原理は現在では量子力学の別の解釈でも説明可能でもある。ホーガンのSF『量子宇宙干渉機』もエヴェレットの多世界解釈で量子コンピュータを扱った作品である。(参考:日経サイエンス別冊161 不思議な量子をあやつる 量子情報科学への招待)

多世界解釈の登場するSF

• 『タイムライン』(Timeline) マイケル・クライトン
• 『タイム・シップ』（The Time Ship） スティーヴン・バクスター
• 『順列都市』（Permutation City） グレッグ・イーガン。他に「ひとりっ子」（Singleton）、『万物理論』（Distress）。
• 『ホミニッド』（Hominids） ロバート・J・ソウヤー 平行宇宙という名で登場
• 『量子宇宙干渉機』（Paths to Otherwhere） ジェイムズ・P・ホーガン
• 『シュレーディンガーの子猫』（Schrödinger's Kitten） ジョージ・アレック・エフィンジャー
• 『真世界アンバー』シリーズ（The Chronicles of Amber） ロジャー・ゼラズニイ
• 『紫色のクオリア』 うえお久光
• 『毒入りローストビーフ事件』 桜坂洋
• 『クォンタム・ファミリーズ』 東浩紀
• 『さよならペンギン』 大西科学
• 『マブラヴ』 ADVゲーム
• 『マブラヴ オルタネイティヴ』 ADVゲーム
• 『Steins;Gate』 ADVゲーム
• 『JIN-仁-』 TVドラマ版

関連項目

• コペンハーゲン解釈
• シュレーディンガーの猫
• 二重スリット実験
• アインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックス（EPRパラドックス）
• エルヴィン・シュレーディンガー
• ヒュー・エヴェレット
• パラレルワールド

外部リンク

• （百科事典）「Many-Worlds Interpretation」 - スタンフォード哲学百科事典にある「多世界解釈」についての項目。（英語）
• （百科事典）「Everett's Relative-State Formulation」 - スタンフォード哲学百科事典にある「エヴェレットの相対状態定式化」についての項目。（英語）