測定の問題 – 日本語百科事典辞書

Measurement_problem

問題の測定と混同しないで
量子力学では、測定の問題は、波動関数の崩壊がどのように、または発生するかどうかの問題です。このような崩壊を直接観察できないことは、量子力学のさまざまな解釈を引き起こし、各解釈が答えなければならない一連の重要な問題を提起しています。
量子力学における波動関数は、異なる状態の線形重ね合わせとしてシュレディンガー方程式に従って決定論的に展開します。ただし、実際の測定では、常に物理システムが明確な状態にあることがわかります。波動関数の将来の進化は、測定が行われたときにシステムが発見された状態に基づいています。これは、測定が明らかにシュレディンガー進化の結果ではないシステムに「何かをした」ことを意味します。測定の問題は、その「何か」が何であるか、多くの可能な値の重ね合わせがどのようにして単一の測定値になるかを記述することです。
別の言い方をすると ( Steven Weinbergの言い方を変えると)、シュレディンガーの波動方程式は後の任意の時点で波動関数を決定します。観測者とその測定装置自体が決定論的な波動関数で記述されている場合、測定の正確な結果を予測できず、確率のみを予測できるのはなぜですか? 一般的な質問として、量子現実と古典的現実の間の対応をどのように確立できますか?
コンテンツ
1 シュレディンガーの猫
2 解釈
3 デコヒーレンスの役割
4 こちらもご覧ください
5 参考資料と注意事項
6 参考文献

シュレディンガーの猫
測定の問題を説明するためによく使用される思考実験は、シュレディンガーの猫の「パラドックス」です。放射性原子の崩壊などの量子イベントが発生した場合、猫を殺すメカニズムが配置されています。このように、大規模な物体である猫の運命は、量子物体である原子の運命と絡み合っています。シュレディンガー方程式と多数の素粒子実験によると、観測前は、原子は時間とともに進化する減衰状態と非減衰状態の線形結合である量子重ね合わせ状態にしたがって、猫は重ね合わせ、つまり「生きている猫」として特徴付けることができる状態と「死んだ猫」として特徴付けることができる状態の線形結合にある必要がこれらの可能性のそれぞれは、特定の非ゼロ確率振幅に関連付けられています。ただし、猫の単一の特定の観察では、重ね合わせは見つかりません。常に、生きている猫か死んだ猫のいずれかが見つかります。測定後、猫は決定的に生きているか死んでいます。問題は、確率を実際の明確に定義された古典的な結果にどのように変換するかです。

解釈
量子力学の解釈
コペンハーゲン解釈としてグループ化されることが多い見解は、最も古く、集合的に、おそらく量子力学について最も広く支持されている態度です. N. デビッド・マーミンは、「黙って計算せよ!」という言葉を作り出しました。コペンハーゲン型の見解を要約すると、このことわざはしばしばリチャード・ファインマンに起因すると誤解され、後にマーミンは微妙なニュアンスが不十分であることに気づきました.
一般に、コペンハーゲンの伝統における見解は、波動関数の崩壊をもたらす観察行為に何かを仮定しています。この概念は、しばしばニールスボーアに起因するものでしたが、ヴェルナーハイゼンベルクによるものでした。ハイゼンベルグのその後の著作は、彼とボーアが共同作業中に抱えていた多くの意見の相違を覆い隠し、2 人が決して解決しなかったことを覆い隠しています。これらの学派では、波動関数は量子系に関する統計情報と見なすことができ、波動関数の崩壊は新しいデータに応じてその情報を更新することです。このプロセスを正確にどのように理解するかについては、論争の的となっています。
ボーアは、主観的な観察者、測定、または崩壊から独立した解釈を提供しました。代わりに、「不可逆的」または効果的に不可逆的なプロセスは、「観察」または「測定」の古典的な動作を伝える量子コヒーレンスの減衰を引き起こします。
ヒュー・エヴェレットの多世界解釈は、宇宙全体の重ね合わせである波動関数が 1 つだけ存在し、決して崩壊しないことを示唆することで問題を解決しようとしています。したがって、測定の問題はありません。代わりに、測定の行為は、例えば生きている猫/幸せな科学者などの単一のより大きな実体を形成するために絡み合う量子実体、例えば観測者、測定器、電子/陽電子などの間の単純な相互作用です。エベレットはまた、量子力学の確率論的性質が測定値にどのように現れるかを実証しようとしました。これは後にブライス・デウィットによって拡張されました。しかし、エベレッティアンプログラムの支持者は、ボルン規則を使用して確率を計算することを正当化する正しい方法に関して、まだコンセンサスに達し
ド・ブロイ・ボーム理論では、測定の問題を非常に異なる方法で解決しようとします。システムを記述する情報には、波動関数だけでなく、粒子の位置を示す補足データ (軌跡) も含まれます。波動関数の役割は、粒子の速度場を生成することです。これらの速度は、粒子の確率分布が正統な量子力学の予測と一致するようなものです。ド・ブロイ・ボーム理論によれば、測定手順中の環境との相互作用により、実際には崩壊がなくても、見かけの波動関数の崩壊が発生する場所である配置空間で波束が分離されます。
4 番目のアプローチは、客観的崩壊モデルによって与えられます。このようなモデルでは、シュレディンガー方程式が修正され、非線形項が得られます。これらの非線形の変更は確率論的な性質のものであり、電子や原子などの微視的な量子オブジェクトに対して、通常のシュレディンガー方程式によって与えられるものに計り知れないほど近い振る舞いをもたらします。ただし、巨視的なオブジェクトの場合、非線形の変更が重要になり、波動関数の崩壊を引き起こします。目標崩壊モデルは有効な理論です。確率的変化は、何らかの外部の非量子場に起因すると考えられていますが、この場の性質は不明です。考えられる候補の 1 つは、ディオシとペンローズのモデルのような重力相互作用です。他のアプローチと比較した目的崩壊モデルの主な違いは、標準的な量子力学とは異なる反証可能な予測を行うことです。実験は、これらの予測をテストできるパラメーター体制にすでに近づいています。 Ghirardi -Rimini-Weber (GRW) 理論は、波動関数の崩壊がダイナミクスの一部として自発的に起こることを提案しています。粒子は、1 億年に 1 回程度の確率で、波動関数の「ヒット」または自発的な崩壊を起こす可能性がゼロではありません。崩壊は非常にまれですが、測定システム内の膨大な数の粒子は、システムのどこかで崩壊が発生する可能性が高いことを意味します。測定システム全体が（量子もつれによって）絡み合っているため、単一の粒子が崩壊すると、測定装置全体が崩壊します。GRW理論は、正統な量子力学とは条件によって異なる予測を行うため、厳密な意味での量子力学の解釈ではありません。

デコヒーレンスの役割
Erich JoosとHeinz-Dieter Zehは、1980 年代に確固たる基盤が確立された量子デコヒーレンスの現象が問題を解決すると主張しています。この考え方は、環境が巨視的な物体の古典的な外観を引き起こすというものです。Zeh はさらに、デコヒーレンスによって、量子マイクロワールドと古典的直観が適用される世界との間のあいまいな境界を識別することが可能になると主張しています。量子デコヒーレンスは、一貫した歴史に基づくコペンハーゲン解釈のいくつかの最新の更新の重要な部分になります。量子デコヒーレンスは、波動関数の実際の崩壊を説明するものではありませんが、(干渉効果を示す) 量子確率の通常の古典的確率への変換を説明します。たとえば、Zurek、 Zeh 、および Schlosshauer を参照して
2006 年の Schlosshauer による記事で次のように説明されているように、現在の状況はゆっくりと明らかになりつつ
確率の意味を解明し、ボルン規則に到達するために、デコヒーレンスに関係のないいくつかの提案が過去に提唱されてきました…これらの導出の成功に関して決定的な結論に達していないように見えると言っても過言ではありません。…
よく知られているように、[ボーアによる多くの論文が主張している] 古典的概念の基本的な役割。ますます大きくなる長さスケールでの巨視的に異なる状態の重ね合わせの実験的証拠は、そのような格言に反論します。重ね合わせは、新規で個別に存在する状態のように見え、多くの場合、古典的な対応物はありません。システム間の物理的相互作用のみが、特定の各システムの観点から古典的な状態への特定の分解を決定します。したがって、古典的な概念は、相対状態の意味で局所的に創発されたものとして理解されるべきであり、もはや物理理論における基本的な役割を主張すべきではありません.

こちらもご覧ください
このトピックに関連する数学のより技術的な扱いについては、量子力学における測定を参照して
絶対時間と空間
コンストラクター理論
アインシュタインの思考実験
EPRのパラドックス
グリーソンの定理
オブザーバー効果 (物理学)
オブザーバー (量子物理学)
物理学の哲学
量子認知
量子疑似テレパシー
量子ゼノ効果
ウィグナーの友人

参考資料と注意事項
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参考文献

ウィキクォートに測定問題
に関する引用句集が
R. Buniy、S. Hsu、A. Zee量子力学における確率の起源について（2006)”