量子論のすべての奇妙な側面の中で、エルヴィン・シュレディンガーの有名な、生きていても死んでいない猫についての寓話によって捉えられたものより奇妙に見えるものはほとんどありません。窓のない箱の中に閉じ込められた猫が、放射性物質とともに描かれています。放射性物質が崩壊すると、装置がハンマーを放出し、毒の入ったバイアルを壊して猫を殺します。放射能が検出されなければ、猫は生きています。シュレディンガーは、彼が考える量子論のばかげた特徴を嘲笑するために、このぞっとするようなシナリオを思いつきました。理論の支持者によると、誰かが箱を開けて猫をチェックする前は、猫は生きていても死んでいなかった。それは奇妙な、典型的な量子状態の生死状態で存在していた.
今日、LOLcats で飽和した世界では、Schrödinger の奇妙な小さな物語は、陰鬱というよりもおどけた口調で、しばしば笑いのために演じられます。それはまた、哲学と物理学における多くの難題の旗手にもなりました。シュレーディンガー自身の時代に、ニールス ボーアとヴェルナー ハイゼンベルグは、猫が存在すると考えられていたような混成状態は自然の基本的な特徴であると宣言しました。アインシュタインのような他の人々は、自然は生きているか死んでいるかを選択しなければならないと主張しましたが、両方ではありません.
シュレディンガーの猫は今日に至るまでミームとして栄えていますが、議論は寓話の 1 つの重要な側面、つまりシュレディンガーが最初にそれを思いついた環境を見落としがちです。迫り来る世界大戦、ジェノサイド、そしてドイツの知的生活の解体に直面して、シュレディンガーの考えが毒、死、そして破壊に変わったのは偶然ではありません。したがって、シュレディンガーの猫は、量子力学の魅力的な奇妙さ以上のものを思い出させてくれるはずです。また、科学者は、私たちと同じように、感じ、恐れる人間であることも思い出させてくれます。
シュレディンガーは、1935 年の夏、アルバート アインシュタインと緊密に対話しながら、猫のシナリオを作成しました。 2 人は、ベルリンに住んでいた 1920 年代後半に友情を深めました。その時までに、アインシュタインの相対性理論は、彼を世界的な名声へと駆り立てていました。彼のスケジュールは、彼の科学的追求と並んで、国際連盟の委員会の会議、シオニストの大義のために困惑することなど、地球上の懸念で中断されるようになりました。粋なオーストリア人であるシュレディンガーは、1927 年にベルリン大学の教授に昇進し、量子力学の波動方程式 (現在では単にシュレディンガー方程式として知られている) を導入してからわずか 1 年後のことでした。彼らは一緒に騒々しいウィーンのソーセージ パーティー、ウィーン ヴュルステラベンデを楽しみました。 シュレーディンガーが彼の家で主催したバッシュと、アインシュタインの夏の家の近くの湖でのセーリング
あまりにも早く、彼らの気さくな集まりは止まりました。ヒトラーは 1933 年 1 月にドイツの首相に就任しました。当時、アインシュタインはカリフォルニア州パサデナの同僚を訪問していました。彼が留守の間、ナチスは彼のベルリンのアパートと別荘を家宅捜索し、彼の銀行口座を凍結しました。アインシュタインはプロイセン科学アカデミーを辞任し、すぐに新しい高等研究所の最初のメンバーの 1 人としてニュージャージー州プリンストンに定住する準備を整えました。
一方、ユダヤ人ではなく、政治的にはアインシュタインよりも目立たなかったシュレディンガーは、その春、ナチスが大規模な焚書集会を行い、人種に基づく制限を大学の教員にまで拡大するのを見て恐怖に陥った。シュレディンガーはオックスフォード大学でフェローシップを受け入れ、その夏にベルリンを離れました。 (彼は後にダブリンに定住しました。) 8 月、彼は道路からアインシュタインに次のような手紙を書きました。
ほどなくして彼らの交換は再開され、かつてののんびりした散歩は今や大西洋横断郵便に取って代わられました。 1933 年の劇的な混乱の前に、両方の物理学者は量子論に多大な貢献をしていました。実際、両方ともこのテーマに関する研究でノーベル賞を受賞しています。しかし、2 人とも方程式を理解しようとする同僚の努力に幻滅を感じていました。紙と切手で武装して、彼らは激しい議論に飛び込みました.
1935 年 5 月、アインシュタインは高等研究所の 2 人の若い同僚であるボリス ポドルスキーとネイサン ローゼンとともに論文を発表し、量子力学は不完全であると非難しました。彼らが書いた「現実の要素」が存在し、量子論が確率のみを提供する、物理的なオブジェクトの明確な量または特性がありました。 6月初旬、シュレディンガーは友人に最新の論文を祝福する手紙を書き、アインシュタインが「ドグマ的な量子力学に、ベルリンでよく議論されていた事柄を説明するよう公に呼びかけた」ことを称賛しました。 10日後、アインシュタインは、シュレーディンガーに「認識論に浸された乱交は終わらなければならない」と答えた。彼らはそれぞれ、ニールス・ボーアと、量子力学が完全にそれ自体が確率的であった自然。
これは、もうすぐ生まれる猫の最初の動揺を生み出しました。シュレーディンガーへのフォローアップの手紙で、アインシュタインは友人に、2 つの同一の閉じた箱の 1 つに置かれたボールを想像するように依頼しました。いずれかのボックスを開く前に、最初のボックスでボールを見つける確率は 50% です。アインシュタインは、これが完全な記述であることに疑いを持ち、原子ドメインの適切な理論が明確な値を計算できるはずだと信じていました.アインシュタインにとって、確率だけを計算するということは、途中でやめることを意味していました。
シュレーディンガーの熱狂的な返答に励まされて、アインシュタインはボールインボックスの例えをさらに推し進めました。物理学者が話し慣れていた小規模なプロセスが人間のサイズに増幅されたらどうなるでしょうか?アインシュタインは 8 月初旬にシュレディンガーに宛てた手紙で、新しいシナリオを提示しました。火薬の装薬が本質的に不安定で、1 年以内に爆発しない可能性が高いと想像してみてください。 「原則として、これは量子力学的に非常に簡単に表現できます」と彼は書いています。シュレディンガー自身の方程式の解は、早い段階では理にかなっているように見えるかもしれませんが、「1 年が経過すると、これはまったく当てはまりません。むしろ、シュレーディンガーが1926年に量子論に導入した波動関数であるψ関数は、「まだ爆発していない系とすでに爆発した系の一種の混合物を記述している」。アインシュタインが彼の手紙で鳴いたボーアでさえ、そのようなナンセンスを受け入れるべきではありません。自然はそのような選択肢の中から選択しなければならないとアインシュタインは主張し、したがって物理学者もそうすべきです.
アインシュタインは、量子確率論的記述を批判するために、大規模な効果のさまざまな例に到達できたはずです。彼の特定の選択 - 火薬の貯蔵庫の爆発によって引き起こされた紛れもない被害 - は、ヨーロッパの悪化する状況を反映していた可能性があります。早くも 1933 年 4 月、彼は別の同僚に手紙を書き、ヒトラーのような「病的なデマゴーグ」がどのように権力を握ったかについての彼の見解を説明し、一時停止して次のように述べました。 」—量子と政治の両方。その年の後半、彼はロンドンの満員の講堂で、「これらの激動の時代の激しい稲妻の閃光」について講演しました。別の同僚に対して、彼は「ドイツ人が秘密裏に大規模な再武装を行っている。工場は昼夜を問わず稼働しています (飛行機、軽爆弾、戦車、重兵器)」 - 非常に多くの爆薬が爆発する準備ができています。 1935 年に、彼は公に以前の平和主義へのコミットメントを放棄しました。
おそらく彼らの最新の交換に触発されて、シュレーディンガーは「量子力学の現状」という彼自身の長いエッセイを書き始めました。爆発する火薬に関するアインシュタインの手紙を受け取ってから 1 週間半後、シュレディンガーは斬新なひねりを加えて返信しました。火薬の代わりに猫が登場しました。
「鉄製の部屋に閉じ込められているのは、微量のウランで準備されたガイガーカウンターです」とシュレディンガーは友人に書いています。増幅されたリレーは、最初の原子崩壊が青酸の小さなボトルを粉砕することを提供します。これと、残酷なことに、猫も鋼鉄の部屋に閉じ込められています。」アインシュタインの例のように、シュレディンガーは予定された時間が経過することを想像しました。次に、量子力学によれば、「生きている猫と死んだ猫は同じように塗りつぶされます」。アインシュタインは喜んだ。 「あなたの猫は、私たちが完全に同意していることを示しています」と彼は9月初旬に書いた. 「死んだ猫だけでなく生きている猫も含む ψ 関数は、実際の状況の記述とはみなされません。」
アインシュタインの 9 月の手紙から数か月後、今や有名になったシュレディンガーの猫の例が、ほぼ同じ文言で雑誌 Die Naturwissenschaften に掲載されました。 .しかし、それはほとんど印刷されませんでした。彼が原稿を雑誌に提出してから数日後、創設編集者であるアーノルド・ベルリナーというユダヤ人の物理学者が解雇されました。シュレディンガーは抗議してエッセイを撤回することを考えたが、ベルリナー自身が介入した後、やっと容赦した.
夏はベルリナーの虐待についての懸念以上のものに夢中になっているというシュレディンガーの考え.シュレーディンガーはナチス政権への嫌悪感を隠しておらず、ベルリンからの逃亡を余儀なくされたとき、まったく宿命論的になり、日記の中で次のように考えていました。> 世界。オックスフォードに到着してから数か月後、訪問した友人は、彼がどれほど不幸であるかを指摘しました。 1935 年 5 月、ちょうどアインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンの論文が印刷されたのと同じように、シュレディンガーは BBC ラジオで「自由の平等と相対性」に関する 20 分間の講演を行い、歴史を通じて何度も「絞首台と杭、剣そして大砲は、立派な人々を政治的抑圧から解放するのに役立ってきました。前進するファシズムの鼓動に逆らって、箱の中のボールの話が爆発、毒、生と死の病的な計算に急速に変化したのも不思議ではありません.
彼のエッセイが出版されている間、シュレーディンガーはボーアに手紙を書き、ボーアと他の人々が量子力学の奇妙な特徴とどのように和解できるかを再び見極めようとした。アインシュタインと同様に、シュレディンガーはそのような問題についてボーアと直接話し合うことを切望していましたが、「今は娯楽旅行にはほとんど適していません」。もっと大きな疑問が浮かびました。シュレーディンガーは、「もう一度どこかに永続的に滞在したい、つまり、次の5年または10年で何をすべきかをかなりの確率で知りたい」と書いています。可能性だけで生きることは犠牲を払っていました.
それでもなお、ヨーロッパは闇に深く沈んでいった。シュレディンガーが量子猫と青酸についての寓話を紹介してからわずか数年後、ナチスの技術者たちは、「チクロン B」という商標名で、非常に効率的なガス室で同じ毒を使い始めました。 1942 年 3 月、予定されていた強制収容所への強制送還の直前に、Die Naturwissenschaften のシュレディンガーの元編集者は、 、アーノルド・ベルリナーは自殺しました—最終的に、恐ろしい確実性を選択しました.
やがて、シュレーディンガーが量子力学を弱体化させると考えていた課題は、代わりに、理論について学生を教えるための最も身近な比喩の 1 つになりました。量子力学の中心的な信条は、粒子が「重ね合わせ」状態で存在し、2 つの反対の特性を同時に共有できるということです。私たちは日常生活で「どちらか一方」の決定に直面することがよくありますが、少なくとも量子論で説明されているように、自然は「両方」を採用することができます。
何十年にもわたって、物理学者は実験室であらゆる種類のシュレディンガーキャット状態を作成し、微視的な物質のビットを「両方と」の重ね合わせに誘導し、それらの特性を調べてきました。 Schrödinger 氏の留保にもかかわらず、すべてのテストは量子力学からの予測と一致していました。最近の一例として、同僚と私は、ニュートリノ (通常の物質とは非常に弱く相互作用する素粒子) がそのような猫のような状態で何百マイルも移動できることを実証しました。
シュレディンガーの 2 度運命の猫の話には、二重の皮肉があります。まず、シュレディンガーの猫は物理学の教室内 (およびそれ以外) でよく知られていますが、シュレディンガーが量子力学を解明するのではなく、批判するために彼の寓話を導入したことを覚えている人はほとんどいません。 2 つ目は、さらに重要なことです。シュレディンガーの猫は、当時、あまりにも奇妙で、時には脅威的すぎて理解できない、より広い世界の提唱者としての役割を果たしていました。
David Kaiser は、MIT の科学、技術、社会プログラムの Germeshausen 教授であり、MIT の物理学科の教授でもあります。
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