- ベストアンサー
ラプラスの悪魔とマクスウェルの悪魔について
思想実験の事を調べているとよくこのを耳にするのですが、wikiを見てもさっぱりどういうことなのかわかりません。（何でわざわざわかり辛く、難しく書くんだろう……） よろしければ、それぞれがどういう論理なのか、また、そうであるとどんな事ができて、どういう意味があるのかを教えてください。 ちなみに僕は文系の高卒ですので、例えなどを使っていただいて出来るだけわかりやすく説明していただけると幸いです。 よろしくお願いします!
- 唯野 猫助（@chitaniumu）
- お礼率74% (386/518)
- 物理学
- 回答数2
- ありがとう数15
- みんなの回答 （2）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
- ベストアンサー
その他の回答 (1)
世界が確率的であるということは、量子力学が述べていることです。これは原子というミクロの世界の物理学で始まりました。 原子核は、高校化学の教科書にあるように、原子核の周りを電子が円状に回っていると考えられました。あれは模式図ではありません。 あれはあれで、19世紀末当時には、実験・観測から、太陽（＝原子核）と惑星（＝電子）のような原子の形だと思われていました。 電気的に正の原子核の周りに電気的に負の電子があり電気的に引力があり、電子が原子核の周りを回る遠心力と釣り合っているというわけです。 しかし、それは当時の電磁気学とは真っ向からぶつかり、矛盾することがあったのです。 もし、電子が円運動をすると、たとえそれが電気的な引力と釣り合うものであっても、加速度運動です。そのようなものを含め、電子が加速度運動すると電磁波を放出することは知られていました。エネルギーを放出するわけです。 もし原子核の周りを電子が円運動していると、電磁波を放出し、それで失ったエネルギーは円運動の運動エネルギーからでなければならず、電子は電磁波を放出しながら、すぐに原子核に落ち込んでしまいます。 もちろん、現実と合いません。物質は原子核の周りの電子を持ったまま安定して存在しているし、特別なことをしない限り物質から電磁波も出てきません。 そこで、電子は粒子でなく波であるとか、いろいろ提案され、紆余曲折の上、原子核の周りに電子が「確率的に存在してる」という結論にたどり着きました。 これの基礎となる方程式が、シュレディンガーが導き出したシュレディンガー方程式で、確率を不可欠のものとして含んでいます。それで、説明がつくようになりました。 しかし、当のシュレディンガーは確率を含む方程式が、物理学的に最終的な式のはずはないと考えていました。 そこで、有名な「シュレディンガーの猫」という思考実験を提唱しました。ご存じとは思いますが、簡略に復習してみます。 蓋を閉めたら、外から内部を絶対に観測できない箱を用意します。 シュレディンガー方程式に即して、確率50％で分裂する放射性物質を中に置き、分裂を検出する装置も入れます。 致死量の毒ガスの入った瓶を置き、装置が分裂を検出したら、それでスイッチONになって瓶を叩き割る機械も置きます。 最後に元気な猫を入れ、蓋を閉めます。 蓋を開ければ、猫の生死は分かります。問題は、蓋を開ける前の箱の内部状態です。 シュレディンガー方程式に従って解釈するならば、猫は放射性物質に連動する確率的存在となり、元気な猫50％と死んだ猫50％の「重ね合わせ」状態とせざるを得ません。これは1匹の猫が半死半生ということではありません。元気と死が同時に半々で存在しているということです。 ミクロな電子では確率的でいいような気がしても、目に見えて触ってみることも出来て、しかもいったん死んだら生き返らないという猫で、それが半々ということなどあり得ない。あり得ないことを言ったのはシュレディンガー方程式が確率を含む式だからだ。だから、シュレディンガー方程式は、物理的事象を言い表しきれていない。 そう、シュレディンガーは考えました。しかし、これは観測できない状態のことなので、実験・観測はできない思考実験です。議論はできても決着の付けようはありません。実際、「それでよい。猫というマクロなものでも、そういう状態が起こるのだ」と言い出す人も少なからずいました（今もいて、未だに有力な解釈の一つです）。 アインシュタインも量子力学の完成には貢献しているのですが、「神はサイコロを振らない」という有名な言葉を残しています。 アインシュタインも賛成する物理学者と共同で、EPR実験という、シュレディンガー方程式が含む確率の矛盾を指摘する思考実験を提唱しました。 これは実験・観測可能なものとして提案されたので、ベルという人がアインシュタインの解釈に従い量子力学の計算とは合わない「ベルの不等式」という形で数式化し、アスペという人がベルの不等式を実験しました。 結果は、ベルの不等式は成立せず、量子力学の計算が正しいとなりました。 そうなると、シュレディンガーの猫のように、まさに「蓋を開けてみるまで分からない」というのが現実だと認めざるを得ません。シュレディンガーの猫は思考実験であっても、物理学的な整合性は完璧です。ミクロがマクロを決定することもできるのです。 事実が一つに決まるというのは、それを観測して知って、初めて言えます。過去は確定したから知っている知っていないに一本道だと言えますが、まだ未確定の未来はそうではありません。 未来は、いろいろな数多のあり得る未来から、刻一刻と選び取られているということになります。 なお、過去は確定していますが、知らないことについては計算で求めざるを得ず、そこにも確率が働いてしまうので、計算では確かなことは推定できません。 さて、未来に戻りまして。未来が量子力学の確率的だという「解釈」について、深刻な議論は未だに続いています。量子力学そのものは完璧です。全ては量子力学の計算通りになります。確率を考慮して、ですが。 問題は、その数式の計算途中の解釈です。約100年間論争しても、計算途中の部分は、実験・観測ができないので決着がついていません（このためか、「量子力学が分かったと思えたら、それは量子力学が分かっていない証拠だ」という名言があります）。 それでも、主要な解釈は二つあります。 一つは古くからあるコペンハーゲン解釈で、50％元気で50％死んでいる猫というものが実在するというものです。そういう非常識を常識として受け入れようとするわけです。猫を観測した途端、どちらかに決まります。 もう一つは、エヴェレットの多世界解釈で、刻一刻と世界が確率にしたがって分岐して増えて行くというものです。世界が刻一刻と、生きている猫の世界と死んだ猫の世界に分かれて行きます。 我々を含む宇宙全体が分かれて増えて行くのです。増えて行っても、生と死の世界の数は同数です。50％生きていて50％死んだ猫という奇妙なものはなく、しかも50％という確率も健在です。 物理学的に説明が困難な奇妙な猫を否定する代り、宇宙が爆発的に数を増やしていくことを受け入れようというわけです。 注意点は、分岐していく世界のどれかに属したら、そこが存在確率100％の世界で、他の分岐した世界の存在確率は全て0％になります。SFでよくあるように、他のあり得たはずの世界に行くことはできません。しかし、こちらが100％で他が0％というのは、お互い様で、他の分岐した世界から言えば、そこが100％で、こちらが0％となります。 さらに、この「観測」ということは、さらにややこしい解釈問題も生み出していたりします。 たとえば、誰が観測したら、確率的だった猫の生死が一つに定まるのか、とかですね。誰も観測していなくて、蓋が開いたらどうなのか。人間の代りに他の猫が覗き込んだら、一つに決まるのか。これが発展して、「月を見ていない時、月は存在していない」なんて主張まであります。 こうした解釈問題は、広がり複雑化していっても、まだまだ決着する方向には向かっていないようです。なにせ「観測しない状態を観測する」という矛盾を抱えた問題ですので。
お礼
僕の愚考にお付き合いくださいましてありがとうございました。 何となく、ぼやけてはいますが、どうにか無い頭で理解出来ました。 どうもありがとうございました！
お礼
ありがとうございます！ よくわかりました。 ですが、ラプラスの悪魔の事で一つ聞きたい事があります。文系脳の稚拙な屁理屈ですが、良ければ少しおつきあいください。 ある瞬間の世界の全てを知っていたとしても、そもそも全ては確率で分枝するから、決定論は否定された――という訳なんですが。何故、世界は確率によって支配されていると証明できるのでしょうか？ 常に、起こる事象は一つですよね？ という事は、たとえばこの世界が物語のように一本道であるという可能性もあるのではないですか？ 何故、起こった事象が最初から決定していたものではないと説明できるのですか？ 仮に時間軸１においてAがBになるという結果があったとする。そして、確率で言えば、AがCになる可能性もあり得る――と、したとしても、過去に遡れない以上、時間軸１においてAがCになる確率がある事を証明できないような気がするのですが……。もしかしたら、同じ事を繰り返したら、永遠とAはBに鳴り続けるかもしれないじゃないですか。 それとも、この世界が確率論と決定論――そのどちらがこの世の理である確率自体が５０％―５０％であるから、世界は確率論によって支配されている証明になるとかそんな事なのでしょうか？ もし良ければ、ご回答いただけると幸いです。