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文系人間が量子力学「シュレーディンガーの猫」を理解してみた

「シュレディンガーの猫」と量子力学の問題点を突く思考実験としてとても有名&重要で教科書にも登場します。でもちゃんと受け止めるとジワジワくるっていうことはあまり気づいていない人も多いみたい。

更新日: 2018年09月29日

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cepciさん

「シュレディンガーの猫」と量子力学の問題点を突く思考実験としてとても有名&重要で教科書にも登場します。

でもちゃんと受け止めるとジワジワくるっていうことはあまり気づいていない人も多いみたい。

シュレーディンガーの猫

(1) 蓋のある箱を用意して、この中に猫を一匹入れる。
(2)箱の中には猫の他に、
・放射性物質のラジウムを一定量
 ・ガイガーカウンターを1台
 ・青酸ガスの発生装置を1台入れておく。

(3)箱の中にあるラジウムがアルファ粒子を出すと、これをガイガーカウンターが感知して、その先についた青酸ガスの発生装置が作動し、青酸ガスを吸った猫は死ぬ。
(4)しかし、ラジウムからアルファ粒子が出なければ、青酸ガスの発生装置は作動せず、猫は生き残る。

エルンスト・シュレーディンガーは、シュレーディンガーの猫という架空の系を考えて、猫の置かれている「状態」をどのように解釈するべきなのか?という問題を提案した。

ミクロの効果をマクロに引き出す装置

ラジウムのアルファ崩壊という量子力学的現象と、猫の生死という巨視的現象を結びつける装置を作ることができてしまう。

原子核を構成する中性子や陽子は「強い力」で結びついている。「強い力」は、静電気力のおよそ100倍だが、10^-17メートルより近くまで接近しないと働かない。

この範囲から、陽子や中性子が離れてしまうと、原子核が自然に崩壊してしまう。このとき飛び出すのがアルファ線である。

シュレーディンガー方程式の示唆しているのは、ミクロの世界では位置を決めることができず、その確率分布だけが与えられるという事実。

分子や原子のような大きさでみると、モノの位置を測定することができなくなってしまいます。位置は「確率分布しか分からない物理量」なのです。

シュレーディンガー方程式は、原子の位置を一定の範囲に広がった確率分布(波動関数)として与えるが、観測されると、ある位置にあることが確定する。この実験で猫の生死を決定するアルファ粒子も同様である。

「半分死に、半分生きているような状態」

ということになるが、そんな状態って本当に想像できる?
っていうのがシュレーディンガーの猫という提案です。

あなたはどう思いますか?

シュレーディンガーの時代、観測と結びつく式を示すことはできても、その解釈ができないことが物理学者にとって深刻な悩みでした。自分たちが何に困っているのかを分かりやすく示した「シュレーディンガーの猫」は、物理学上の重要な課題発見事例となっています。

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