観測問題

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量子力学
\Delta x\, \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}
不確定性原理
紹介 · 数学的基礎

観測問題(かんそくもんだい、: measurement problem)とは、波動関数の収縮のメカニズムに関する量子力学の問題である。 波動関数とは、あらゆる物理量の測定値に対応する状態を表す関数であり、またそれらの固有状態重ね合わせも波動関数と呼ぶ。 観測前に重ね合わせの状態であった波動関数が、観測後には一つの状態に確定していることについて、現実に起きている現象を推定することが困難である問題をいう(例としてシュレーディンガーの猫)。 「波動関数の収縮」はどのようにして起きるか、また「重ね合わせの状態」は存在するか、あるいはこの二つの現象をどのように解釈すべきかは未だ解決されていない問題であり、観測問題の根本には、「観測」が何を指すのかさえ明確に定義できないという困難がある。

波動関数の時間発展は、シュレーディンガー方程式に従う決定論的な時間発展(ユニタリー時間発展)と、観測に伴う波動関数に収縮という二つがあり、量子力学の既存の数学的枠組みでは、波動関数の収縮を記述できない。

これには、様々な解釈がある。コペンハーゲン派は基本的に収縮を認める立場であるが、収縮を道具(実用的な利用価値だけを認め、解釈には触れない)と見做す道具主義的な立場である現代コペンハーゲン派の立場と、収縮の詳細を積極的に解釈すべきであるという立場に分かれる。 アルベルト・アインシュタインは、どの波動関数になるかは、人間の知識が不足しているだけで、実際には決まっているとした(隠れた変数の存在)。「神はサイコロを振らない」1926年12月にアルベルト・アインシュタインからマックス・ボルンに送られた手紙の、"He does not throw dice" 日本語訳、「彼(Old One、創造主)は賽を投げない」という記述)は有名な言葉である。しかし、この解釈はベルの定理によりクラスター分解性を失うことが知られている。 その他の解釈としては、マクスウェルの電磁方程式から導かれる遅延波と先進波に基づく、アメリカの理論物理学者ジョン・クレイマー (John G. Cramer) の「交流解釈(transactional interpretation)」がある。

関連項目[編集]