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今日の数学問題#271
数学コラム
物理学者エルヴィン・シュレディンガーは波動力学をはじめ量子力学のシュレディンガー方程式など物理の教科書には必ず登場する偉人です。
1933年には理論物理学者のポールと共にノーベル物理学賞を受賞しています。
そんなシュレディンガーですが、シュレディンガーの猫という面白い思考実験が残っています。
思考実験とは実際の検証を行わず想像上で完結する実験のことです。
シュレディンガーの猫の実験とは？
※想像です。めっちゃ簡単に要約しています。
箱の中に猫を入れて閉じ込めます。
この箱は一定確率で毒ガスが放出されます。
時間が経った後蓋を開けた時に猫はどうなっているのでしょうか？
観測するまで状態が確定しない
この考えは２０世紀の初め、物理学者たちが光や電子が粒子としても波としても成立してしまうという不思議な問題が起点になります。
ですが古典物理学では全く異なる性質です。
そのため今までの常識を全てなくして新しく作り上げた理論が量子力学です。
よくナマズの話が出てくるやつです。
量子力学は頭に思い描けるようなイメージがなく目に見えない小さな世界を記述する学問です。
理論物理学者のニールス・ボーアは「どう言った観測の仕方をするかが光の波動、粒子の性質を決定している」という考え方を示しました。
これは、光を粒子として見るか、波として見るかで見え方が決まる。
つまり、観測するまで物事の状態は確定しないということです。
いやそんなものおかしいやないか！！
と反論したのが、アインシュタインやシュレディンガーでした。
シュレディンガーの猫は何を伝えたかったのか？
シュレディンガーの猫の実験では「猫は箱を開けるまで生きているか死んでいるかわからない」つまり「生きている状態と死んでいる状態が重なっている」と解釈することができます。
量子力学の世界で見れば、原子の状態を放射線を放出している＋放出しないの相反する状態を重ねていることになります。
いやこんなの無理じゃん
粒子でもあり波でもあるというのが成立してしまうとこのシュレディンガーの猫の理論も成立することになりますよね。
つまり、「量子力学は未完成の状態である」ことを指摘するために比喩表現を用いたのでしょう。
結局正しいの？
実はジョン・スチュワート・ベルという理論物理学者が証明をしてしまったのです。
彼が提唱したベルの不等式は初めから状態が決まっていた場合と、見た瞬間に決まる場合ではバラつき方が異なることを証明してしまったのです。
ベルの不等式はある意味シュレディンガーの猫の蓋をそっと開けて隙間から中を見るようなものでした。
1980年にはこの理論をベースにフランスの物理学者のアランアスペが観察した瞬間に物事の状態が決定されるというシュレディンガーの猫が間違っていることを示したのです。
数学や理科って哲学ですね。
こういうエピソードを聞くと人の想像ってすごいなと思います。
以上！京都市中京区のアイデア数理塾 油谷がお届けいたしました！
今日の数学解答#271
