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「シュレディンガーの猫」のパラドックスを中学生でもわかるように解説――ノーベル賞学者が思考実験で伝えたかった真意とは?

 皆さんは、科学用語である「シュレディンガーの猫」という言葉をご存知でしょうか? 

 本日、2月22日は“にゃんにゃんにゃん”の「猫の日」であることにちなんで、一度は聞いたことのある「シュレディンガーの猫」のパラドックス【※】について、ムラサキさんが投稿した『椛と学ぶ思考実験part2 「シュレディンガーの猫」』という動画で、音声読み上げソフトを使用して、同人ゲーム『東方Project』の射命丸文(しゃめいまる あや)犬走椛(いぬばしり もみじ)のふたりのキャラクターが解説を行う様子を紹介します。

※パラドックス
正しそうに見える前提と、妥当に見える推論から、受け入れがたい結論が得られる事を指す言葉。

「シュレーディンガーの猫」のイメージ図
(画像はWikipediaより)

箱を開けて確認するまで猫が死んでいるかわからない?

椛:
 「シュレディンガーの猫」とは、オーストリアの理論物理学者エルヴィン・シュレディンガーが1935年に提唱した思考実験です。

 まず不透明な箱をひとつ用意します。そして箱の内部を放射性物質のラジウムで充満させます。そして青酸ガス発生装置と放射線測定器を入れ、この2つを接続します。

射命丸:
 この放射線量測定装置はラジウムがα崩壊【※】を引き起こしたら、それに反応して青酸ガス発生装置を起動させるようになっています。

※α崩壊
放射線としてアルファ線(α線)を放出する放射性崩壊のこと。

椛:
 ここでは1時間の間にラジウムが50%の確立でα崩壊を引き起こすものとします。

射命丸:
 青酸ガスは適量で死にますし、要するに50%の確立で猫が死亡するんです。

椛:
 そして全部入れた後、1時間後に箱を開けます。この状態だと箱を開けて中身を確認するまで猫が死んでいるかどうかわからないですよね? つまり猫は箱を空けるまで生きている状態と死んでいる状態が重なっているんです。

射命丸:
 これが「シュレディンガーの猫」の一番わからないところですね。

 思考実験の結果、箱の中にいる猫は生きている状態と死んでいる状態が50%ずつになっている、という結論が導かれました。一見すると納得してしまいそうになる理屈に「こんな事ありえねぇよなぁ?」「単なるシュレディンガーさんの皮肉だろ(笑)」といったコメントが寄せられました。

シュレディンガーの真意とは?――パラドックスの正体

椛:
 なぜそのようなありえないたとえ話が思考実験で描かれているのか、この「シュレディンガーの猫」が指摘したことについて知ると見えてきます。量子力学において原子の状態を表すには、以上のようにあらわします。

射命丸:
 放射線を放出する・しないの状態を足しているのです。これではわかりにくいかもしれませんが、要は2つの状態を重ねているのです。

椛:
 原子は観測をおこなうことによってはじめてどちらかに限定されます。すなわち観測をおこなうまでは、両方の状態が重なる状況になるわけです。

射命丸:
 これを正しいと定義してしまえば先程の「シュレディンガーの猫」の理論も正しいことになってしまいます。

椛:
 「なんなら現実的に考えてそれ無理じゃん」って感じで量子力学は未完成の状態であると(シュレディンガーは)指摘したのです。

 いかがでしたでしょうか? 生きている猫と死んでいる猫が“重なっている状態”がありえないことは、直感的に誰にでもわかります。しかし、原子が放射線を放出する・しないといったミクロの視点では、量子力学の考え方では観測するまで放射線を放出する状態と、しない状態が重なっている、とされていました。

 ミクロの視点とマクロ(猫)の視点との明確な境界はない、ということは猫が生きていてかつ死んでいる状態も成り立ってしまうのでは? というのがシュレディンガーが指摘したパラドックスでした。

 コメントでは「不確定なミクロと決定論的マクロが繋がってる」「猫の生死が重なった状態ってなんだよっていうツッコミなんやで」「昔のゲームとかプレイヤーが近づいて始めてローディングされて出現するからあんな感じやろ」といった意見も寄せられました。

▼解説をノーカットで視聴したい方はコチラから▼

椛と学ぶ思考実験part2 「シュレディンガーの猫」

 niconicoでは、猫の日にちなんでたくさんの猫が生息する宮城県石巻市「田代島」をねり歩きながら、かわいいにゃんこたちの様子を生放送にてお届けします。箱に閉じ込められた可愛そうな猫は登場しないので、ご安心ください。

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