この動画は、量子物理学に関する10の一般的な誤解や神話を科学的に検証し、正確な理解を提供する解説である。量子物理学が離散性を意味するという誤解から始まり、パラレルユニバースの存在証明、自然の根本的ランダム性、アインシュタインの量子もつれに対する見解、量子もつれの光速を超える性質、重力の量子化問題、重ね合わせの奇妙さ、重ね合わせと量子もつれの混同、量子物理学の適用範囲、そして意識が量子過程に影響するという主張まで、幅広いトピックを扱っている。各神話について科学的根拠に基づいた正確な説明を提供し、特に量子ヒーリングなどの疑似科学的主張に対して明確に反駁している。
量子物理学の10の神話を論破する
私は最近、10の物理学神話についての動画を作りましたが、多くの視聴者から特に量子神話についてもう一つ動画を作ってほしいという要望をいただきました。それでは始めましょう。10番目から始めます。
神話10：量子物理学は離散性を意味する
電子は原子核の周りの殻に位置し、それらの間には隙間があります。これらの電子のエネルギーは離散的で、段階的になっています。
量子効果が離散性につながる他の例もあります。例えば光電効果は、光が光子と呼ばれる量子というエネルギーの塊で構成されていることを実証しています。しかし、量子効果はすべてを離散的にするわけではありません。原子核に束縛されていない電子、例えば導線を通って移動している電子の位置は連続的です。
光をこれらの量子である光子で構成されていると解釈することはできますが、光子は任意のエネルギーを持つことができます。つまり基本的に、一部のものは離散的になりますが、他のものはそうではないということです。
神話9：量子物理学はパラレルユニバースの存在を証明する
私は個人的にこの混乱をデイヴィッド・ドイッチュのせいだと思っています。デイヴィッド・ドイッチュは、量子コンピュータの動作原理について特定の解釈を使用しており、それによると量子コンピュータは複数の宇宙での並列計算によってその特殊な力を得るとしています。
「理論が提案されてからほぼ1世紀が経ち、その半分の期間、それが多元宇宙を記述していることが知られているにもかかわらず、その命題は依然として多くの物理学者によって議論されています。」
これが間違っているということではありません。ただ、これは物理的に無意味な発言なのです。数学をこの一つの宇宙だけで起こっていると解釈することも同様に可能です。
それから量子物理学の多世界解釈がありますが、これは実際には異なることについてのものです。つまり、測定が波動関数を崩壊させるのではなく、考えられる各結果が別々の宇宙で起こるということです。これもまた数学の奇妙な解釈にすぎません。
操作的には、多世界解釈は崩壊を伴うより標準的な解釈とまったく同じように機能します。パラレルユニバースが存在するというのは、私が「非科学的」なアイデアと呼ぶものです。それは間違っていませんが、何の証拠にも支持されていません。
神話8：量子物理学は自然が根本的にランダムであることを意味する
量子物理学の数学には、完全に予測不可能なランダム要素があります。これは自然自体が根本的に予測不可能であることを意味するのでしょうか？私たちには決してわからないでしょう。これは科学的テストによって答えることが不可能な問題です。
予測不可能に見えるものを計算する方法があることを決して除外することはできません。ですから、そうでないと言う人々には注意すべきです。彼らは不可能な主張をしており、それは良くありません。
神話7：アインシュタインは量子物理学について間違っていた
なぜ人々がアインシュタインが量子もつれを指して「不気味な遠隔作用」という表現を使ったと主張し続けるのかわかりません。私はその表現が登場した手紙を読みました。それは量子もつれについてのものではありません。
アインシュタインはほぼ確実に、代わりに波動関数の崩壊について言及していたのです。彼は以前にもそれを「特異な遠隔作用」と呼んでいました。量子もつれした粒子は相関しています。それらの間に作用はありません。量子もつれした粒子のペアの一方に何かをしても、もう一方の粒子には何も起こりません。それを作用と呼ぶことさえ意味がありません。不気味であろうとなかろうと。
量子もつれは実在することが証明されています。アインシュタインが量子もつれについて言及したと誤って思うなら、アインシュタインが間違っていたと結論づけることでしょう。しかし、それは彼が意味していたことではありません。波動関数の崩壊、つまりアインシュタインの不気味な作用が実際に実在するという証拠はありません。ですから、いいえ、アインシュタインはこの点について間違っていることが証明されたわけではありません。
とはいえ、アインシュタインは量子物理学について述べたことのいくつかについては間違っていました。しかし、この特定の点については審議はまだ継続中です。おそらく複数の場所で同時に。
神話6：量子もつれは光速より速い
この誤解は前のものと密接に関連しています。量子もつれが実在することが証明されていることを知っていて、量子もつれが遠隔での「不気味な作用」だと誤って考えているなら、量子もつれした粒子を使って他の場所にある別の粒子に瞬時に影響を与えることができると誤って信じることになります。なぜなら、それは作用だからです、よね？しかし、違います、そうではありません。
量子物理学では光速より速く情報を送ることはできません。これを証明する定理が文字通り存在します。量子もつれには作用はなく、それは相関なのです。
神話5：私たちは重力を量子化できない
これは神話というより誤解です。私たちは重力を量子化できます。それはすでに1960年代に行われました。ただ、この理論は超高エネルギーで破綻します。これは本質的には問題ではありません。なぜなら、それは単に理論が不完全であることを意味するかもしれないからです。アインシュタインが量子物理学は不完全だと主張したように。
しかし、物理学の次の理論が最終理論、つまりすべてを完全に記述する理論になると考えるなら、量子重力が高エネルギーで破綻することは問題です。「万物の最終理論」に近いというこの信念が、ループや弦理論や因果動的三角分割などのような、重力を量子化する多くの失敗したアプローチにつながったのです。
神話4：重ね合わせは奇妙である
量子状態が重ね合わせにあると言っても何も意味しません。重ね合わせは和です。それだけです。そして、何の和なのかを私が言わない限り、何でも重ね合わせになり得ます。私も重ね合わせです。私は半分のザビーネと半分のザビーネの和です。
もっと真面目に言うと、波動関数を長さ1のベクトルがある方向を指していると考えることができます。それは複素数上の無限次元ヒルベルト空間での方向ですが、細かいことは置いておきましょう。それはベクトルです。このベクトルは常に他の二つのベクトルの和として書くことができます。ですから、どの波動関数も何かの重ね合わせです。
物理学者が重ね合わせについて話すとき、彼らがよく意味するのは二つの場所の重ね合わせです。ある場所の粒子と別の場所の粒子の和です。これは日常生活では遭遇しないものなので、それを説明する良い言葉がありません。だから私たちはよく、粒子が同時に二つの場所にあると言います。しかし、これは本当に説明に抗う数学的性質を表す言葉にすぎません。
ですから、重ね合わせそのものは奇妙ではありません。奇妙なのは、古典的な世界で解釈できない重ね合わせなのです。これが私を私のリストで最も技術的なポイントに直接導きます。
神話3：重ね合わせと量子もつれは同じものである
量子もつれ状態は、少なくとも二つのシステムがいくつかの性質を共有している状態で、二つのシステムが相関しています。量子もつれ状態は常に重ね合わせです。
しかし、すべての重ね合わせが量子もつれ状態でもあるわけではありません。「この状態は重ね合わせである」と言うことは意味がありません。なぜなら、すべての状態は何かの重ね合わせだからです。しかし、「この状態は量子もつれしている」と言うことは意味があります。
要約すると、賢く聞こえたいなら、重ね合わせではなく量子もつれ状態について話しなさい。本当に賢く聞こえたいなら、シュミット分解について質問してから、トイレに行くと言って席を外しなさい。
神話2：量子物理学は微視的範囲の理論である
量子物理学はすべてに適用される理論です。ただ、ほとんどの場合、その効果を観察することができないだけです。しかし、量子もつれは100キロメートル離れた光子間で測定されており、粒子が一つの共通の量子状態を取るボーズ・アインシュタイン凝縮体は数百万の原子を含むことができます。
暗黒物質が文字通り銀河全体に広がる量子特性を持つという理論さえあります。大雑把に言うと、物体が大きくて温かいほど、その量子特性を観察することが困難になります。しかし、厳密に言えば、それらが完全になくなることはありません。そしてこれが私を次のポイントに導きます。
神話1：意識が量子過程の結果に影響する
量子力学の初期の頃、物理学者たちは理論の数学に現れる「測定」という概念に非常に苦労していました。これは、数学が測定とは正確に何なのかを不明確にしているためです。彼らが持ったアイデアの一つは、測定は測定を行った人と何か関係があるというものでした。このようにして量子力学は意識と結び付けられました。
このアイデアは、例えばジョン・ホイーラーによってしばらくの間追求されました。しかし、意識が測定の結果と何か関係があると今でも信じている人を私は知りません。私たちには測定とは何かについてのまだ良い定義がありません。それが測定問題です。しかし、今日の物理学者たちは、測定には量子的振る舞いを巨視的スケールまで増幅するデバイスが必要なだけだということにほぼ同意しています。
はい、巨視的とは正確に何を意味するのかについてはいくらか議論があります。しかし、測定のために意識のある存在は必要ありません。意識が量子物理学で役割を果たすという神話は、特に量子ヒーリングの界隈で根強く残っています。そこではペテン師たちが「正しく考える」ことが量子事象の確率に影響を与えることができるとあなたに信じさせようとしています。そんなことはありません。
はい、実際に二重スリットを見ることが結果を変えるかどうかをテストする実験が行われています。うまくいきませんでした。本当に残念です。なぜなら、もしそれが機能するなら、私たちは皆、抽選を見るだけで宝くじに当選できるからです。
とはいえ、これは量子効果が人間の脳で役割を果たさないことを意味しません。それは別の問題です。ほとんどの物理学者は、量子効果がばかばかしいほど脆弱だから、それはありそうにないと考えています。だからこそ彼らは量子コンピュータを数ミリケルビンまで冷却するのです。しかし、それは完全に除外されているわけではありません。
ですから、意識は量子物理学に影響しません。量子物理学は意識に必要かもしれませんが、それは現在のところありそうにないと思われます。
これが私のリストでした。何か忘れたものはありますか？コメントで教えてください。
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コメント
神話10, 8, 5, 4について普通に間違ったほうの考え方してました……
でも8についてはまだよくわからない。量子ゆらぎで宇宙にスポーンするボルツマン脳の話はどうなるんやろ🥴❓❓❓