量子力学の解釈

量子力学の解釈とは、量子力学の数学理論が経験される現実とどのように対応しうるかを説明しようとする試みである。量子力学は、非常に幅広い実験において、厳密かつ極めて精密な検証に耐えてきた。しかしながら、その解釈をめぐっては、多くの対立する学派が存在する。これらの解釈に関する見解は、量子力学が決定論的か確率論的か、局所的か非局所的か、量子力学のどの要素が実在とみなせるか、測定の本質とは何かといった根本的な問題について異なっている。

コペンハーゲン解釈のいくつかのバリエーションは教科書でよく紹介されているが、他にも多くの解釈が開発されてきた。1世紀にわたる議論と実験にもかかわらず、どの解釈が現実を最もよく「表している」かについて、物理学者と物理哲学者の間で合意は得られていない。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

量子力学の解釈において影響力のある人物

エルヴィン・シュレーディンガー

マックス・ボーン

ニールス・ボーア

量子理論家の用語である波動関数や行列力学の定義は、多くの段階を経て発展してきた。例えば、エルヴィン・シュレーディンガーは当初、電子の波動関数を空間全体に広がった電荷密度と見ていたが、マックス・ボルンは波動関数の絶対値の二乗を空間全体に分布した電子の確率密度として再解釈した。^{[ 4 ]： 24-33}現在ボルンの規則と呼ばれるものは実験と一致したが、シュレーディンガーの電荷密度の見方は一致しなかった。

ニールス・ボーアやヴェルナー・ハイゼンベルクなど、量子力学の初期の先駆者たちの見解は、「コペンハーゲン解釈」としてまとめられることが多いが、物理学者や物理学史家は、この用語がこのように呼ばれる見解間の違いを曖昧にしていると主張している。^{[ 4 ] [ 5 ]}コペンハーゲン型の考え方は決して普遍的に受け入れられたわけではなく、コペンハーゲン正統派と見なされていたものへの挑戦は、1950年代にデイヴィッド・ボームのパイロット波解釈やヒュー・エヴェレット3世の多世界解釈によってますます注目を集めるようになった。^{[ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]}

物理学者のN・デイビッド・マーミンはかつて、「新しい解釈は毎年現れるが、消えることはない」と冗談を言った。^{[ 8 ]}（マーミンはまた、量子論の解釈に対する多くの物理学者の態度を表す「黙って計算しろ」という言葉を作り出したが、この発言はしばしばリチャード・ファインマンのものと誤って伝えられている。^{[ 9 ]}）1990年代と2000年代の主流の見解の発展の概略として、シュロスハウアーらが世論調査で意見の「スナップショット」を収集した。 2011 年 7 月の「量子物理学と現実の本質」会議にて。^{[ 10 ]}著者らは、1997 年 8 月の「量子論の根本問題」会議でMax Tegmarkが行った同様の非公式なアンケートを参照している。著者らの主な結論は、「コペンハーゲン解釈が依然として優勢」であり、アンケートで最多の票 (42%) を獲得したほか、多世界解釈が主流の注目を集めるようになったことである。「コペンハーゲン解釈は、特に情報に基づく解釈やQBism解釈などの知的派生理論とまとめて考えると、依然として優勢である。Tegmark のアンケートでは、エヴェレット解釈が 17% の票を獲得しており、これは我々のアンケートでの票数 (18%) とほぼ同じである。」

解釈の研究から生まれたいくつかの概念は、量子情報科学においてより実用的な応用が見出されている。^{[ 11 ] [ 12 ]}

1. 量子場理論の抽象的で数学的な性質：量子力学の数学的構造は抽象的であり、その量の単一の明確な解釈をもたらすものではない。
2. 一見すると非決定論的で不可逆的な過程：古典的な場の理論では、場の特定の場所における物理的性質は容易に導き出せる。量子力学のほとんどの数学的定式化では、測定（特定の状態との相互作用として理解される）は、状態の非ユニタリーで不可逆的な変化を引き起こす唯一の過程であるため、理論において特別な役割を担っている。
3. 結果を決定する上での観測者の役割。コペンハーゲン解釈では、波動関数は計算ツールであり、観測者による測定直後にのみ現実を表すとされています。エヴェレット解釈では、すべての可能な結果が現実であり、測定型の相互作用によって、それぞれの可能性が実現される分岐プロセスが生じるとされています。^{[ 13 ]}
4. 遠隔の物体間の古典的に予期せぬ相関関係：EPRパラドックスで示されているように、量子もつれ系は、遠隔作用による局所的因果律の原理に違反するように見える統計に従います。^{[ 14 ]}
5. 提示された記述の相補性：相補性とは、古典的な物理概念の集合が量子システムのすべての特性を同時に参照することはできないという考え方である。例えば、波動記述Aと粒子記述Bはそれぞれ量子システムSを記述できるが、同時に記述することはできない。これは、命題結合子を使用する場合、 Sの物理的特性の合成が古典的な命題論理の規則に従わないことを意味する（「量子論理」を参照）。文脈性と同様に、量子オブジェクトを記述する演算子の非可換性に相補性の起源がある。^{[ 15 ]}
6. 局所的なシステムの文脈的挙動：量子的文脈性は、システムの特性が測定方法に関係なく一定の値を持つという古典的な直観が、局所的なシステムにおいても成り立たないことを示しています。また、ライプニッツの不可弁別性の原理のような物理原理も量子領域では適用されず、ほとんどの古典的な直観が量子世界に関して誤っている可能性があることを示唆しています。

いくつかの考え方は量子力学の解釈という文脈で議論されるが、それ自体が必ずしも解釈とみなされるわけではない。

最も一般的な解釈を以下の表にまとめました。表の各セルに示されている値は議論の余地がないわけではありません。関連する概念の正確な意味が不明確であり、実際、それらの概念自体が、与えられた解釈をめぐる論争の中心となっているからです。量子論の解釈を比較した別の表については、参考文献^{[ 59 ]を参照してください。}

これらの解釈を区別する実験的証拠は存在しない。その点において、物理理論は妥当であり、理論自体と現実と矛盾しない。とはいえ、様々な解釈を検証する実験の設計は、現在も活発な研究対象となっている。

これらの解釈のほとんどには、様々なバリエーションが存在する。例えば、コペンハーゲン解釈は多くの人々によって発展・議論されてきたため、その正確な定義を得ることは難しい。

解釈に関する意見は今日では公然と広く議論されているが、常にそうであったわけではない。沈黙の傾向の顕著な代表例はポール・ディラックであり、彼はかつて「量子力学の解釈については多くの著者が論じてきたので、ここでは議論したくない。もっと根本的な事柄を扱いたい」と書いた。^{[ 67 ]}この立場は量子力学の実践者の間では珍しいものではない。^{[ 68 ]}同様に、リチャード・ファインマンは量子測定のような解釈上の問題について発表することなく、量子力学の多くの一般向け解説書を書いた。^{[ 69 ]}ニコ・ファン・カンペンやウィリス・ラムのような他の人々は、量子力学の非正統的な解釈を公然と批判した。^{[ 70 ] [ 71 ]}

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• ドミトリー・イワノビッチ・ブロヒンツェフ、1968年。量子力学の哲学。 D. ライデル出版社。ISBN 90-277-0105-9。
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• Adan Cabello (2004年11月15日). 「量子力学と量子情報の基礎に関する文献ガイド」. arXiv : quant-ph/0012089 .
• デイヴィッド・ドイッチュ、1997年。『現実の構造』ロンドン：アレン・レーン。ISBN 0-14-027541-X; ISBN 0-7139-9061-9道具主義に強く反対する論拠を提示する。一般読者向け。
• FJ Duarte (2014).エンジニアのための量子光学. ニューヨーク: CRC. ISBN 978-1439888537。解釈に関する実践的な視点を提供する。一般読者向け。
• ベルナール・デスパニャ、1976年。『量子力学の概念的基礎』第2版。アディソン・ウェスリー。ISBN 0-8133-4087-X。
• ベルナール・デスパニャ、1983年。『現実の探求』。シュプリンガー。ISBN 0-387-11399-1。
• ベルナール・デスパニャ、2003年。 『ベールに包まれた現実：量子力学概念の分析』ウェストビュー・プレス。
• ベルナール・デスパニャ、2006年。 『物理学と哲学について』プリンストン、ニュージャージー州：プリンストン大学出版局。
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• ギラルディ、ジャンカルロ、2004年。『神のカードをこっそり覗き見る』プリンストン、ニュージャージー州：プリンストン大学出版局。
• グレッグ・イェーガー（2009）『量子もつれ、情報、そして量子力学の解釈』シュプリンガー。ISBN 978-3-540-92127-1。
• N. デイヴィッド・マーミン(1990) 『ブージムズ全編』ケンブリッジ大学出版局。ISBN 0-521-38880-5。
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• ローランド・オムネス、1999年。 『量子力学の理解』プリンストン、ニュージャージー州：プリンストン大学出版局。
• ローランド・オムネス、1999年。『量子哲学：現代科学の理解と解釈』プリンストン大学出版局、ニュージャージー州プリンストン。
• ジェームス・L・パーク、1967年～1992年。^{[ 1 ]}
• ロジャー・ペンローズ、1989年。『皇帝の新しい心』オックスフォード大学出版局。ISBN 0-19-851973-7特に第6章。
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• スタンフォード哲学百科事典：
  • シェルドン・ゴールドスタイン著『ボーム力学』
  • ジャンカルロ・ギラルディ著「崩壊理論」。
  • ヤン・フェイ著「量子力学のコペンハーゲン解釈」
  • ジェフリー・バレット著「エヴェレットの量子力学の相対状態定式化」
  • レフ・ヴァイドマン著「量子力学の多世界解釈」
  • マイケル・ディクソンとデニス・ディークスによる「量子力学のモード解釈」
  • ウェイン・ミルボルド著『量子論における哲学的諸問題』
  • リチャード・ヒーリー著「量子理論における量子ベイズ的およびプラグマティズム的見解」
  • ジェフリー・バブ著「量子もつれと情報」
  • ジェナン・イスマエル著『量子力学』
  • アレクサンダー・ウィルチェ著『量子論理と確率論』
  • 「関係量子力学」フェデリコ・ラウディサとカルロ・ロヴェッリ著。
  • グイド・バッチャガルッピ著「量子力学におけるデコヒーレンスの役割」
• インターネット哲学百科事典：
  • ピーター・J・ルイス著『量子力学の解釈』
  • クリスティーナ・コンロイ著「量子力学のエヴェレット的解釈」