量子ダーウィニズム

量子ダーウィニズムは、量子世界から古典世界が出現したのは、環境が量子システムと相互作用することで誘発されるダーウィンの自然淘汰の過程によるものであると説明する理論である。この過程では、多くの可能な量子状態が淘汰されて、安定したポインター状態が選ばれる。^[1]これは、2003年にヴォイチェフ・ズーレクとオリヴィエ、プーリン、パス、ブルーム・コハウトを含む共同研究者のグループによって提唱された。^{[2]この理論の発展は、}ポインター状態、非選択、デコヒーレンス など、ズーレクが25年間にわたって追求してきた多くの研究テーマの統合によるものである。

2010 年の研究は、量子ドットの「母娘状態の家族になる」という傷跡が「複数のポインタ状態に安定化する」可能性があることを示し、量子ダーウィニズムの予備的な裏付け証拠を提供すると主張されています。 ^[3]さらに、乱れた量子ドットの摂動誘発による傷跡でも同様の状況が示唆されています^{[4] [5] [6] [7] [8] (}傷跡を参照)。ただし、主張されている証拠は、ルース・カストナーによる循環性批判の対象でもあります (以下の影響を参照)。基本的に、量子ダーウィニズムの主張の根底にあるデコヒーレンスの事実上の現象は、ユニタリのみのダイナミクスでは実際には発生しない可能性があります。したがって、デコヒーレンスがあったとしても、マクロなポインタ状態が何らかの形の崩壊なしに自然に発生することを示すものではありません。

量子ダーウィニズムは、ズーレクの関連する不変性（量子もつれによる不変性）理論とともに、量子世界から古典世界がどのように出現するかを説明しようとし、量子理論の主要な解釈上の課題である量子測定問題に答えることを提案している。測定問題は、量子システムに関するすべての知識の源である量子状態ベクトルが、シュレーディンガー方程式に従ってさまざまな状態の線形重ね合わせに発展するために発生し、「シュレーディンガーの猫」などの逆説的な状況、つまり古典世界では決して経験されない状況を予測する。量子理論では伝統的に、この問題は測定時の状態ベクトルを確定状態に非ユニタリ変換することによって解決されるものとして扱われてきた。これは、測定される確定状態の値を、考えられる各測定値の確率の形で予測する極めて正確な手段を提供する。量子重ね合わせ状態から測定された明確な古典状態への遷移の物理的性質は、従来の理論では説明されていませんが、通常は公理として想定されており、量子論の完全性に関する ニールス・ボーアとアルバート・アインシュタインの論争の基礎となっていました。

量子ダーウィニズムは、量子システムが重ね合わせ状態の広大な可能性から大幅に削減されたポインター状態の集合^[2]へ移行する過程を、環境との継続的な相互作用を通じて量子システムに課せられる選択プロセス、つまりeinselectionとして説明しようとしています。測定を含むすべての量子相互作用、特にすべての量子システムが浸っている光子の海などの環境との相互作用は、デコヒーレンス、つまり量子システムが関与する相互作用の性質によって決まる特定の基底での量子システムの顕現につながります。環境との相互作用の場合、ズーレクと彼の協力者は、量子システムがデコヒーレンスする好ましい基底は、予測可能な古典的状態の基礎となるポインター基底であることを示しました。この意味で、古典的現実のポインター状態は量子現実から選択され、マクロな領域でさらに進化できる状態で存在します。しかし、「エインセレクション」プログラムは、宇宙の量子状態を「システム」+「環境」に分割し、環境のさまざまな自由度が相互にランダムな位相を持つと仮定することを前提としています。この位相のランダム性は、宇宙の量子状態自体から発生するものではなく、ルース・カストナー^[9]は、これが量子ダーウィニズムプログラムの説明力を制限していると指摘しています。ズーレクは、古典的選択と量子ダーウィニズム^[10]でカストナーの批判に答えています。

量子システムとその環境との相互作用により、ポインター状態に関する情報の冗長コピーが多数記録されるため、この情報は、量子状態に関する情報に関して合意に達することができる多数の観察者に利用可能になります。ズーレックが「証人としての環境」と呼ぶこの選択の面は、客観的な知識の可能性をもたらします。

この理論が量子的な説明に光を当てるのと同じくらい重要なことは、古典的な現実を確立する選択メカニズムとして機能しているダーウィンのプロセスを特定していることです。多くの研究者が明らかにしたように、ダーウィンのプロセスを採用しているシステムはどれも進化します。普遍的ダーウィニズムのテーゼで主張されているように、ダーウィンのプロセスは生物学に限定されず、すべて単純なダーウィンのアルゴリズムに従っています。

1. 生殖/遺伝; コピーを作成し、子孫を生み出す能力。
2. 選択。ある形質を他の形質よりも優先的に選択するプロセス。十分な世代を経て、ある形質の数が多くなることになります。
3. 変異。遺伝的特性の違いが「適応度」または生存および繁殖能力に影響し、生存の差につながります。

量子ダーウィニズムはこのアルゴリズムに準拠しているように見えることから、次のように適切に命名されています。

1. ポインタ状態のコピーが多数作成される
2. ポインター状態とその環境との間の連続的な相互作用により、ポインター状態が進化し、マクロの世界における古典物理学の予測に適合する状態が生き残ることが明らかになります。これは継続的かつ予測可能な方法で発生します。つまり、子孫は祖先状態から多くの特性を継承します。
3. ポインター状態は変化せず、環境による選択は環境が好むポインター状態 (位置状態など) の間で行われるため、「単純なダーウィニズム」の変異原理との類似性は存在しません。

この観点から、量子ダーウィニズムは私たちの現実の根底にダーウィン的説明を与え、古典的なマクロ世界の展開や進化を説明します。

• S. Haroche、J.-M. Raimond、「量子の探究：原子、空洞、光子」、オックスフォード大学出版局（2006年）、ISBN 0-19-850914-6、p. 77 
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• Zurek, Wojciech Hubert (2009). 「量子ダーウィニズム」. Nature Physics . 5 (3): 181–188. arXiv : 0903.5082 . Bibcode :2009NatPh...5..181Z. doi :10.1038/nphys1202. S2CID  119205282.
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• Wojciech Hubert Zurek (2018). 「古典の量子理論：量子ジャンプ、ボルンの法則、量子ダーウィニズムによる客観的古典的現実」. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 376 (2123). arXiv : 1807.02092 . Bibcode :2018RSPTA.37680107Z. doi :10.1098/rsta.2018.0107. PMC  5990654. PMID  29807905 .
• Wojciech Hubert Zurek ( 2007)。「相対的状態と環境：非選択性、不変性、量子ダーウィニズム、そして実存的解釈」。arXiv ：0707.2832 [quant-ph]。

• 普遍的ダーウィニズム：量子ダーウィニズム
• Nature.com: 自然選択は量子の世界に作用する
• 量子ダーウィニズムと現実の性質
• カストナーの批判に対するズーレクの返答（2015）