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量子物理学が本当に意味することに誰も同意できない理由

量子理論に関しては、解釈とはどういう意味ですか？ShutterStock/サイバーマジック人 あなたが千人の物理学者に尋ねた場合、彼らはすべて同意しません。このステートメントは、宇宙が無限であるかどうか、暗黒物質が作られているか、ワイヤーを完全に効率的に行わせる方法など、任意の数のトピックに適用できますが、それは抽象的ではありません。数週間前、チーム 自然 この方法でフィールドを正確に分割した質問を提起しました。彼らは1100人の物理学者を調査して、量子力学の好まれた解釈を尋ねました。結果？彼らは「乱暴に同意しない」。 それは私にとって驚くことではありません。私は、私の報告の常にQuantum実験の結果を常に異なる方法で解釈する物理学者に遭遇します。つまり、彼らはそれぞれ同じ方程式または実験結果を見ることができ、現実について私たちに伝えることの別の考えを奪うことができます。 それで、この意見の不一致と解釈自体の問題は、実際にどのくらい重要ですか？まず第一に、私たちが今では容赦ない一連のテストを受けるために100年を費やしてきた物理学の分野である量子力学に関して起こるのは奇妙です。それを否定する方法はありません。量子力学の理論は、非常に小さいまたは非常に冷たいものすべての行動を支配するしばしば直観に反する一連の物理学の法則であり、信じられないほどの科学的成功です。空飛ぶ色ですべてのテストに合格しただけでなく、電子デバイスを強化するトランジスタや、インターネットを可能にする繊維形成のようなテクノロジーを構築できるようになりました。 「量子力学は、理論的にも適用された意味でも、そのビジネスについて非常に成功裏に進んでいます」と、ニューハンプシャー州のダートマス大学のピーター・ルイスは言います。 しかし、物理学者が方程式を書き留めてデバイスを構築する方法を知っているからといって、それを粗雑に言えば、彼らはそれが何を意味するのかを常に知っていない、または同意するわけではありません。彼らは、量子力学が私たちの世界の客観的な物理的現実をどのように捉えているかについて、そして偶然にも同意することはできません。 自然 調査によると、量子力学のコペンハーゲンの解釈は、物理学者が電子などの量子オブジェクトの本質について尋ねることを思いとどまらせ、「黙って計算する」ことを懇願します。他の人たちは、多くの世界の解釈に在庫を置いています。これは、無限に大きな宇宙または超決定論的理論を購読することを要求します。驚くべきことに、好みの解釈に正しいことに自信を持っていた物理学者の割合は、24％低いものでした。 物理学者が量子理論の主食について尋ねられたとき、意見の相違も発生しました。波動関数と呼ばれる中心的な数学的オブジェクト、量子エンタングルメントと呼ばれる粒子間の不可解なリンク、そしてすべての物質が隠された波のような性質を持っていることを確立した有名な二重照明実験でさえさえも発生しました。 「さらに、同じキャンプにいると思われる科学者の中には、フォローアップの質問に同じ答えを与えなかった科学者の中には、彼らが選んだ解釈の一貫性のある、または異なる理解を示唆しています」とエリザベス・ギブニーは調査の分析で書いています。 ルイスは、この状況 - 驚くべき技術的成功と絶対的な哲学的混乱の組み合わせは、科学の歴史においてユニークであると言います。この状況をどうするかは不明です。ある物理学者は、それがフィールドに恥ずかしいと示唆しましたが、別の物理学者は、多様な見解が前向きなものであると主張しました。 私が最も傾いている人について私の心を補おうとする際に、私は「解釈」という言葉にこだわっていることに気付きました。それは実際に何を表しており、何が解釈をもっともらしいまたは競争力のあるものにしているのでしょうか？とにかく、私はソースに戻りました。 「私にとって量子力学の解釈について考えるとき、それはそれほど物理学ではなく、より哲学であり、おそらく心理学です」とシカゴ大学のジェフリー・ハーベイは言います。彼のクラスは数学的に挑戦的であったことを覚えています。また、数学的に抽象的な「ヒルベルト空間」における波が「生きている」という学習に対する私の興奮の記憶は私の心に鮮明です。しかし、私たちが取り組んでいた数学のより厳しい結果をどのように解釈するかについての明確な議論を思い出せませんでした。ハーベイは、実験的に区別できるフレームワークではなく、「メンタルモデル」と競合しているため、さまざまな解釈について生徒に教えることに消極的であると言います。 2つの解釈が同じ方程式に由来し、同じ一連の実験的観測を予測する場合、なぜ互いよりも1つを好むのですか？ 「これは一種の不可知論の観点です。私はむしろ、私が選択をするために私が強制されていない何かについて心を開いておきたいと思います」とハーベイは言います。 一方、英国のニューカッスル大学のジョンテ・ハンスは、解釈という言葉をあまりにも大まかに使用することに注意しています。いくつかの解釈は、理論の中心に方程式を追加または変更するため、実際には量子力学の拡張です。 「ここでの問題の一部は、人々が解釈が何であり、何が必要か、正確に量子力学が直面する問題に同意しないことです」とルイスは言います。 自然 調査は8つの解釈にわたって回答者の回答を解き放ち、ルイスは量子力学の基本的なルールに成分を追加する人もいれば、ルールを奪い、コペンハーゲンの解釈のように、これらのルールを解釈する必要があるという問題を逸らす人もいます。 これを理解するために、有名なシュレディンガー方程式を考えるのに役立ちます。これは、物理学者が量子オブジェクトについて何でも決定または予測するために解決しようとする方程式です。量子力学のいくつかの解釈（たとえば、多くの世界の解釈）は、変更せずに、当初書かれたシュレディンガー方程式を使用します。自然発生理論と呼ばれる別の解釈は、日常生活で量子効果が見られない理由を解決することを目的としており、シュレディンガー方程式に新しい物理プロセスを表すシンボルと数字を追加します。ハンスは、これは技術的には後者を解釈ではなく拡張機能にすると言います。この場合、私たちの世界が実際にシュレーディンガー方程式を修正することを要求するかどうかを確認する実験テストを策定することが可能かもしれません。 これは、ハーベイのような研究者に不可知論を残すように強制する可能性のある証拠になるでしょう。ハンスは、量子力学の拡張を成功させると、理論がすでに非常によく一致している多くの実験を説明できると言いますが、それはまた、明確に異なってテスト可能な予測を異なるものにする必要があると言います。 同時に、私が話した3人の研究者全員が、多くの物理学者が量子力学の解釈の問題に立ち向かうことなく、日々の仕事を喜んで成功裏に進めることができることを認めました。これは、ハーベイとの私のクラスが量子力学の解釈に関するレッスンを含めなかった理由の一部です。私は単にそれを使用するように訓練されていました。 「量子力学のほとんどの種類の革新と応用に関しては、私はそれを見ません [interpretation] 問題。それは一種の哲学的観点からのみ重要です」とルイスは言います。 しかし、それは、競合する解釈が競合する実験的予測を生み出さない場所でさえ、最も厳格な意味でさえ、解釈について考えることに価値がないという意味ではありません。 「物理学者が物理学の一部ではないかもしれませんが、人々が新しいアイデアを開発する方法の重要な部分になる可能性があります。その意味で、メンタルモデルの多様性は、物理学者がさまざまな方法で量子力学から出てくる新しいアイデアを探るのに役立つという点で良いことだと思います」とハーベイは言います。 それを超えて、特に量子力学の拡張に関しては、哲学的視点もくしゃみをするものではありません。ルイスにとって、この歴史的に前例のない量子力学の有用性と意味の間の裂け目には、科学の限界と科学ができることとできないことについてどのように考えるかについての教訓が含まれる場合があります。量子力学はそれを非常によく説明する世界の数学的モデルであるという事実は、それが何を意味するのかを開発し、同意することはできません。彼は言います、と彼は言います。 ハンスは同様に、意味を作ることは物理学の不可欠な部分であると主張しています。私たちが話すとき、彼らは私に、エリオン・マスクがソーシャルメディアに投稿しているのを見たかどうかを尋ねます。私はしていませんが、私は主張がどれほど還元されているかに感銘を受けました。 「私にとっては…方程式を作るだけで、私たちのエンジニアを作るだけです。一部の人々はエンジニアになることを選択しますが、私は間違いなくそうではありませんでした。これは、エンジニアが好奇心に駆り立てられていないということではありませんが、私も実存的な不安のある程度の緊張のように感じます。それは何世紀にもわたって物理学者を夜に維持してきた質問です。そして、それはほぼ間違いなくそうし続けるでしょう。 トピック： #量子物理学が本当に意味することに誰も同意できない理由