未来は確定していない？

Question

量子力学では未来は確定していないんですよね。でも、法則は全て同じ結果になるから未来は確定してます。
未来が確定してるとは原子一個でも位置が違えば未来は変わってしまうから原子一個でも動きは決まっています。量子力学では原子の位置は決まっていないと言っています。
素人的には量子力学と法則は矛盾してる気がします。もし、原子の位置が決まっていないのならその原子にはどのような法則が働いて位置を決めているんですか？法則に逆らう何かが働いているのならそれは何ですか？法則に逆らえるのなら明日永久機関が出来てもいいんですか。やはり量子力学は間違っているのでは？

cozycube1 · Accepted Answer

お礼、ありがとうございます。#6他です。

>中の人はいないと思います。

いますよ。猫もいます。消えたりしません。量子力学の解釈問題で「月を見ていない時に月は無い」という名言があります。よく解釈問題について、あまりに人間中心の見方をする場合（観測するから事物が存在する等々）への戒めで言われることもあります。

>それは置いといて、本当に確立かは疑問です。確率でよく世の中が成り立ってるなと思います。

ミクロの世界を調べれば調べるほど、確率や不確定性がなければ、世の中すら生まれなったことが分かってきたわけです。たとえば原子核はおろか、陽子も中性子も、それら抜きでは生まれないし、もし偶然生まれてもすぐに崩壊します。

cozycube1 · Answer

お礼、ありがとうございます。

>確率だと法則が使えません。だから予測できません。

そうです。技術的問題（有限桁の計算しかできない等）を除いても、個々の素粒子の確実な未来は予測できません。これがひいてはマクロにも影響します。また、計算によって過去を知ることも確実にはできません。

古典物理学でこの宇宙の全ては決定論と考えられていたころ（19世紀末辺り）、宇宙の過去から未来まで、原理的には全て知り得るとされていて、そういうことができる者を仮定して「ラプラスの悪魔」と呼んでいました。どの時代の誰であろうと、個々の人間の思考や感情までも、宇宙が誕生した瞬間に決まっていたと思われていました。

確率的なことが本質であると確認され、完璧な観測もできないことが分かり、ラプラスの悪魔はいなくなりました。

しかし、確率なら確率で、それを扱う数学的技術はあります。たとえば「大数の法則」は有効です。放射性物質の半減期を正確に言えるのも、そのためです。確率があるならあるなりに、物理学理論は存在しています。

>もし、原子レベルコンピューターを作ったとすればうまく動いてくれないでしょう。
>マクロのコンピューターなら確率的にうまく動くでしょうけどミクロだとその確率によって思い通り動いてくれない。

いえ、量子コンピュータを持ち出すまでも無く、現在のコンピュータは半導体で作られていますから、その半導体の動作が電子や正孔といった量子力学レベルでの動作をしており、現実に量子力学の記述する通りに動いています。

>マクロもミクロも結局は確率に支配されている。だから、真実に法則はなく法則とは量子力学でなく古典力学のことではないか。

真実や法則をどういう意味で使っておられるか計りかねておりますが、物理学法則は事実と一致しています。この「一致する」というところが、ちょっと注意が必要なんですが。

物理学は現象がどのようにあるかを調べる学問です。主に数学を使います。現象を説明するだけで、それについて見えない背後を想像したりすることはありません。

また、どんなにうまく説明できても、それは説明でしかないことも大事です。

実際の土地に対する地図みたいなものです。知らないところへ行くのに役立ちますが、地図を幾ら眺めても、そこには行けません。

本当の空に対するプラネタリウムみたいなものです。たとえば、あっというまに何億年もの変化を見られますが、。未発見の星はプラネタリウムでは発見できません。

古代ギリシアのある学派では、数学があまりにうまくできていたため、数が世界の本質だと考えていました。数がかりそめの形で現れたのが現実世界というわけです。

物理学では、そういうことを戒める風潮があります。古代ギリシア神話で、自分の作った女性の彫像に本気で恋をしてしまうピグマリオンという人物から、「ピグマリオン症候群」と呼ぶことがあります。

素粒子に確率といい不確定性といい、そういう「概念」を発案して理解の助けにはしています。つじつまの合う理解がないと、扱えませんから。しかし、物理やっている人のだれも、素粒子に確率の仕組みや不確定性の仕組みが埋め込まれているとは思っていません。説明の都合上のものは、実在する事物の中にはありません。

P.S.

ご存じとは思いますが、シュレディンガーの猫をば。

観測したら50％で分裂していることが分かる1個の素粒子があり（残り50％は分裂していない）、分裂を検出する機械があり、検出したら毒ガスの入った瓶を割るようにします。それらを一匹の元気な猫と一緒に、中が絶対に観測できない箱に入れます。

箱を開けて見たら観測が発生して素粒子の状態が確定し、猫の生死は50％とはいえ、確定している。では箱を開けてみる前の猫はどうなっているのか。

シュレディンガーは「確率を含んだ式でいえば、完全に死んだ猫と完全に生きている猫が、50％ずつの重ね合わせになる。そんな非常識な猫は存在しえない」、だから確率が入った式は最終結論ではないとしました。その式の発案者なのに。

コペンハーゲン派と呼ばれる人は、「いや生死が50％で重ね合わせの猫があると認めればいい」としました。エヴェレットの多世界解釈では、宇宙全てが刻一刻と分岐するとしました（こっちはアレンジしてSFで使われることが多い）。

シュレディンガーの猫には、さらに改変版があります。

箱を開けてみる人も含めた全体を、中が観測できない外箱に入れたとき、どうなるのか。外の人が外箱を開ける前に、中の人が箱を開けた時点で、何かが確定したとしていいのか。中の人と箱を開ける時刻を約束しておいたらどうなるのか。

あんまり考え過ぎると、正気を保てないことがあるそうですので、私はこうした「解釈問題」に立ち入るつもりはないですが。

chiha2525 · Answer

＞素人的には量子力学と法則は矛盾してる気がします。

矛盾していると思うのでしたら、そこをとことん調べてみましょう。そうすれば、どうして他の人が矛盾していると言わないのか分かるかもしれません。もしかしたら本当に矛盾を見つけて、新しい理論をつくるきっかけとなりノーベル賞などを貰えるかもしれません。

量子力学が明日間違っていることが分かったとしても何も困りませんから、がんばってください♪

cozycube1 · Answer

相対論さえ古典物理で、量子力学こそが近代物理と言われることがあるのは、量子力学の法則や原理に「本質的に確率を含む」からです。「法則」という決定論的な何かががあって、量子力学がその外でじたばたしているのではありません。

原子、さらに電子を含む素粒子の位置や速度が決まっていないといっても、確率分布等は厳密に決まっています。だからこそ、量子力学通りの結果が出ます。

たとえばサイコロを1回振っても1～6のどれか（が等確率）としか言えませんが、百回、千回、1万回とサイコロを振る回数が増えると、1～6のそれぞれが何回（この場合はどれも、振る回数÷6）ということは言えます。なお、これは喩えなので、サイコロの振り方や形状を限りなく正確に測定すれば、といったツッコミはなしです。

そういう「限りなく正確に測定すれば」が「本質的にできない」ことも、また量子力学だということもあります。測定、これを観測と言い換えてもいいのですが、そうすること自体が観測対象に影響を与えてしまい、正確さにも限度があるというのが不確定性原理です。といっても、不確定性がどれくらいかは計算できます。ちなみに、つい最近、その不確定性の度合いはもっと下げられるということが報道されていました（小沢の不等式）。

量子力学でまずお世話になるシュレディンガー方程式を作ったシュレディンガーも、アインシュタインも確率を含むのなら、それは物理学的な最終結論ではないと考えました。

シュレディンガーは「シュレディンガーの猫」と呼ばれるパラドクスを、アインシュタインは他の二人の物理学者とともに、実際に量子力学の間違いが検証可能な「EPRパラドクス」を提唱しました。

EPRパラドクスはアインシュタインらの間違いで、量子力学が正しいという実験的証拠が得られました。これが思わぬ効果を生んで、量子通信や量子コンピュータにつながったと考える人もいます。

シュレディンガーの猫は、未だに議論されることはあります。ただ、それは量子力学の「数式の解釈」であって、計算自体には何の影響もありませんので、量子力学を否定する力はありません。

たとえば半導体は量子力学の計算通りです。携帯電話もコンピュータも量子力学が正確に成り立つからこそ、どれも正確に動いています。

量子力学はミクロの物理学です。目に見えるようなサイズを扱うマクロの物理学は、特殊相対論や一般相対論で書き直されました。大変な進歩がありました。
　量子力学は、最初は相対論的でないものでした。まず特殊相対論で書き直されました。あきらめる人が出るほど、大変だったそうです。しかし大変に大きな成果が得られました。
　今は、さらに一般相対論で書き直そうとしています。これはまだ成功していません。成功したら、今は全然分からないことが説明できるかもしれないと、大変な期待が持たれています。

さらにマクロの常識とミクロの常識が違うことについて、それらをうまくつなげようという試みも続いています。

永久機関ですか？　明日できても物理学的にはOKですよ。熱力学は永久機関は駄目だと言っています。熱力学の常識です。

しかし、その熱力学の精密さを評価できる統計力学は、熱力学が非常に高い確率で成り立つが、熱力学の法則が破れる例外が起こってもよいとしています。だから永久機関があってもよい。物理学の法則が、それで成り立たなくなるわけではありません。

ただ、この銀河いっぱいに無数の永久機関をぎっしり並べて1億年動かしても、たった1秒の永久機関の動作も見ることは無いほど、熱力学の法則が破れる確率は低いそうですが。

tohoho2 · Answer

前にこんなのがあったな。

http://oshiete.goo.ne.jp/qa/3209255.html

zebura23 · Answer

実験には実験者の意識が量子に影響します。
アインシュタインの過失はこれを見落としたことにあります。

ngkdddjkk · Answer

こういった質問が多いんですが、自然を記述するために理論が作られていることを念頭に入れてください。

量子力学は電磁気学の矛盾を補うために考えられ、多くの現象を説明できます。
しかし、これにも欠点があるから素粒子物理学が考えられていったという流れなんです。

ちなみに、位置を決定すると言った話からすると、ハイゼンベルグの不確定性原理から運動量がわからなくなります。つまり、現象が記述できない。逆に、運動量を確定すると、位置がわからなくなる。

もちろん、それは人間が確定的な情報を観測できないことを表し、実際はどこかにあるかもしれません。それは人間が知り得ない、記述できないからなんです。
だからといって理論が欠陥だなんて言ってはいけませんよ。

未来は確定していない？

お礼、ありがとうございます。

お礼、ありがとうございます。

＞素人的には量子力学と法則は矛盾してる気がします。

相対論さえ古典物理で、量子力学こそが近代物理と言われることがあるのは、量子力学の法則や原理に「本質的に確率を含む」からです。

前にこんなのがあったな。

実験には実験者の意識が量子に影響します。

こういった質問が多いんですが、自然を記述するために理論が作られていることを念頭に入れてください。

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　お礼、ありがとうございます。

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