量子力学の奇妙さを払拭する新解釈「QBism」とは何か

The Conversation
投稿日 2023年4月2日 10:32
cubism

物理学が提唱した理論の中で最も成功した量子力学は、現実について何を教えてくれるのだろうか。物理学の哲学者の多くは、量子力学は、理論の使用者である私たちとは無関係に、世界のありのままの姿を何らかの形で記述しているに違いないということを出発点にしている。

このため、相容れない世界観が数多く存在することになった。量子力学の意味するところは、マーベルコミックの世界のようにパラレルワールドが存在するという説もあれば、光よりも速く移動する信号を意味し、アインシュタインが教えてくれたことと矛盾しているという説もある。ある人は、未来が過去に影響を与えることを暗示していると言う。

Christopher Fuchsと私が開発したアプローチであるQBismによれば、量子力学の偉大な教訓は、哲学者たちの通常の出発点が単に間違っているということである。量子力学は、それ自体で現実をありのままに記述しているわけではない。その代わり、量子力学は、世界に没入しているエージェントが、自分自身の外部にある部分に対して行動を起こそうと考えたときに、そのガイドとなるツールなのだ。

「観察者」ではなく「エージェント」という言葉を使うことで、量子力学が、エージェントとは無関係に存在する現実の観察ではなく、現実の創造に参加する行動についてのものであることを強調している。

QBismと同音の芸術運動であるキュビズムは、現実は一人の人間の視点が捉えることのできないものであるという認識を共有している。しかし、芸術運動とは異なり、QBismは現実を表現しようとはしない。異なる視点を1つの「三人称」の視点にまとめようとはしないのだ。QBismは基本的に反代表的であり、一人称的である。

自由意志の救出

このことは、QBismが19世紀の機械論的宇宙観の2つの柱と真っ向から矛盾することを意味する。一つは、機械仕掛けのおもちゃがそのメカニズムに支配されているのと同じように、自然は物理法則に支配されているというものだ。もうひとつは、神の目や第三者的な立場から、外から客観的に宇宙を眺めることは原理的に可能であるということである。

このような機械論的なビジョンは、21世紀の科学者たちの間でいまだに支配的だ。例えば、Stephen Hawking と Leonard Mlodinowは、2010年に出版した『The Grand Design』の中でこう書いている:「私たちの行動が物理法則によって決定されるのであれば、自由意志がどのように作用するのか想像するのは難しい。つまり、私たちは生物学的機械に過ぎず、自由意志は単なる幻想にすぎないと思われる」

その代わりに、QBistのビジョンは、未完成の宇宙、真の自由を可能にする世界、エージェントが重要で現実の創造に参加する世界である。

量子力学の重要な側面は、ランダム性である。量子力学は、確実な予測をするのではなく、潜在的な測定結果の確率に関心を寄せている。物理学者のEd Jaynesは、「量子力学を理解するためには、まず確率を理解しなければならない」と表現した。

この精神に基づき、QBismの出発点は、確率に対する個人主義的なベイズアプローチ(元々は統計的推論の方法であり、現在は不確実性の下での意思決定に関する本格的な理論)だ。このアプローチでは、確率はエージェントの個人的な信念の度合いである。

つまり、確率は、実験の統計を記述するのではなく、エージェントがどのように行動すべきかのガイダンスを提供するのである。言い換えれば、確率は記述的ではなく「規範的」であり、取扱説明書に似ている。そして、標準的な確率の法則は、「確率は、意思決定に使用する際に、確実に損をしないように組み合わされるべきである」という(規範的な)原則から導き出されることが判明した。

QBismの優れた洞察は、量子力学に現れる確率も同じである、というものだ。標準的な考え方のように、物理法則によって固定されたものではなく、その人が考えている測定行為の結果について、その人が個人的に信じる度合いを表現しているのだ。

QBismでは、量子法則の役割は、エージェントの確率がどのように組み合わされるべきかについての追加の規範的原則を提供することである。量子力学の法則は、世界の記述というよりも、古典的な(量子力学以外の)意思決定理論における標準的な確率法則に追加するものである。量子力学のルールは、物理学者が量子コンピュータを設計する際に、エラーの確率を最小にするためにどのように設計するか、原子時計でどの原子を使えば時間計測の精度が上がるかなどの判断をする際に役立つ。

測定は行動

「観測者」と同様に、「測定」という用語は、測定によって明らかにされる既存の特性を示唆しているため、誤解を招く可能性があり。その代わり、測定は、エージェントが世界から反応を引き出すために行う行動と考えるべきだ。測定は、世界に全く新しいものをもたらす創造行為であり、エージェントとエージェントの外界の間で共有される成果である。

量子力学は、しばしば「奇妙」であり、理解するのが難しい、あるいは不可能であるかのように描かれる。実のところ、量子力学の奇妙さは、間違った見方によるものなのだ。量子力学の2つの主要な洞察、すなわち、量子力学のルールは行動の指針であり、測定は既存の特性を明らかにしないということを考慮すれば、すべての量子パラドックスは消滅するのだ。

例えば、「シュレーディンガーの猫」である。通常の定式化では、この不幸な動物は、現実の一部であるとされる「量子状態」によって記述され、猫が死んでいるわけでも生きているわけでもないことを意味するものである。

これに対し、Qbismは、量子状態を現実の一部とは見なさない。QB派のエージェントが割り当てる量子状態は、猫の生死とは無関係である。量子状態が表すのは、エージェントが猫に対して取りうる行動の結果に関する期待だけである。量子力学の多くの解釈とは異なり、QBismは猫の基本的な自律性を尊重する。

例えば、量子テレポーテーションがある。この操作の一般的な表現方法によると、ある粒子の量子状態は、やはり現実の一部とみなされ、ある場所(A)で消え、別の場所(B)で不思議なことに再び現れるのだ。

量子テレポーテーションで起こることは、Aにおける粒子に関するエージェントの信念が、操作後にBにおける粒子に関する同じエージェントの信念になることだけである。量子テレポーテーションは、量子コンピュータなどのアプリケーションで使われる強力なツールだが、QBismでは、それについて直感に反することや奇妙なことは何もない。

QBismは現在進行中のプロジェクトである。それは、理論におけるすべての数学的対象の意味を明確に綴ったものであり、したがって、量子力学の解釈として完全に発展したものである。しかし、QBismは新しい物理学を開発するためのプログラムでもあり、まだ未完成であるにもかかわらず、すでに深い洞察を得ているのだ。

QBsimは、プラグマティズムや現象学といった類似の哲学的な学派とも実りある対話を行ってきた。その世界観は、エージェントが真の自由を持ち、互いの自律性を尊重するものである。これこそ、量子力学が私たちに伝えようとしてきた現実の姿ではないか、と私は考えている。


本記事は、Ruediger Schack氏によって執筆され、The Conversationに掲載された記事「‘QBism’: quantum mechanics is not a description of objective reality – it reveals a world of genuine free will」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。



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