【量子力学】量子力学がわけが分からないたった一つの理由

はじめに

実をいうと自分は、その昔、量子力学に人生をかけていた時期がありました。

今思えばあんなやり方でうまくいくはずがないのですが、そのころの自分は自分なりに必死でした。

結局、挫折してしまったのですが、やっぱりどうしてもあきらめきれないという思いがあります。というかもはやライフワークですね。たまに思い出したように量子力学のことをずっと考えている時期があって、まあ結局「やっぱりわからねえ！」という、結論に至るのですが・・・。

というわけで、このブログでも時間がかかると思いますが、ぼちぼち量子力学の話もしていきたいなと考えております。

量子力学のわけが分からなさについて

量子力学というのは、物理学の基礎理論なのですが、わけが分からないことで定評があります。

物理学の基礎理論というと、「相対性理論」と「量子力学」というのが２大巨頭なのですが、相対性理論の方が圧倒的な人気があります。

「時間が遅れる」とか、「空間と時間を合わせた４次元を考えなければいけない」とか、「ブラックホールを予言した」とか、不可思議で面白い話題がたくさんあります。

量子力学も不可思議さで負けていません。というか、不可思議さで比べたら、圧倒的に量子力学に軍配があがります。それなのに全く人気がありません。

なぜかといえば、それはそもそも「何がわからないのかわからない」ために、何を不可思議と感じればいいのかすら、よくわからないことにあります。

「状態はベクトルで表される」とか、「量子は波であり、かつ粒子である」とか、「猫は観測されるまで、生きているか死んでいるか分からない」とか、不可思議さを感じる前に、そもそも何を言っているのかわかりません。

なぜこんな状態になってしまったのか？　物理学者は何をやっていたのか？　もっとやさしく解説すればいいのに、とか思ってしまいますが、それは残念ながらできないのです。なぜか？　その理由は単純明快です。

物理学者も、量子力学についてわけが分かっていないのです。

とまあ、言い切ってしまうのは、さすがにちょっと語弊があるかもしれませんが。

この辺をちゃんと語弊なく説明するためには、相対性理論と量子力学の成り立ちの違いについて説明するのがいいと思います。

相対性理論は、その基礎となる数式に明確な意味があります。これは相対性理論を発案したアルバート・アインシュタインが明確な意味を持たせたからです。相対性理論は、実験結果からというよりも、理論をキレイに整備することで発見されたという経緯があります。それゆえ、理論が体系的であり、何が原理であり、そしてそこから何が導き出されるのかということがはっきりしています。

それに対して、量子力学は、その基礎となる数式に明確な意味がありません。というのも、数式が発見された経緯が、実験結果をなんとかうまく再現しようと、数式をいじくった結果得られたものだったからです。従って、量子力学では、基礎となる数式の意味を後付けで考えることになりました。しかし、これがなかなかうまくいきませんでした。当時の頭のいい物理学者が何人も頭を悩ませ、議論は紛糾しました。

結局、現代の一般的な物理学者の見解となった考え方はこうです。

「物理現象を解析・予想できる数式があるのだからそれでいいではないか。万物の理論が人間に理解しやすいようにできているとは限らない。むしろ人間の解釈などというものは蛇足であり、人間の解釈を挟まずに特定の計算手順に従って結論を得るのが現代的な物理学なのである」

重要なのは、当時のとてつもなく頭のいい人たちが議論に議論を重ねた末、このような結論に至ったということです。この見解は、その後80年近く覆ることなく、量子力学の定説となっています。

隠れた変数理論

このような見解に、相対性理論の発案者であり、初期の量子力学に多大な貢献をしたアインシュタインは、納得がいきませんでした。今の量子力学には何か重要な部分が欠けており、こうした見解はそれを誤魔化しているように見えたからです。

量子力学の基礎方程式を提案した、シュレーディンガーもそれに同調しました。シュレーディンガーが今の量子力学に納得できず、問題提起するために発案したのがかの有名な「シュレーディンガーの猫」です。しかし、大多数の物理学者の同意を得ることはできませんでした。

アインシュタインやシュレーディンガーが考察した「現在の量子力学は未完成であり、実際にはまだ知られていない内部構造があり、数々の不可思議な量子の振る舞いはその内部構造の反映である」という考え方は、「隠れた変数理論」と呼ばれ、量子力学誕生から現在に至るまで、形を変えながらいろいろな人によって提案されてきました。しかし、どれも物理学の主流になることはなく、それゆえ近年ではむしろキワモノ扱いされてしまっています。

なにを隠そう自分も実は、「隠れた変数理論」が存在すると信じている１人です。なぜかと言われると説明できないのですが、自分の嗅覚がそう言っており、はっきりとした確信があります。

今後

このブログでは、自分の考える「隠れた変数理論」を紹介していきたいと思っています。まだ、未完成なので、いつになるかわかりませんが(w。

よろしくお願い致します。