●シュレーディンガーの猫

(箱の中の猫と青酸カリのビン)
 これから、量子論の大難題といわれる「シュレーディンガーの猫」の問題を紹介する。
 まず中身が見えない箱を用意する。この中には放射性物質であるラジウム、放射線を検出する検知器(ガイガーカウンター)、検知器とつながった青酸カリ入りのビン、そして一匹の猫を入れる。
 青酸カリのビンにはふたがしてあるが、ラジウムから放射線であるアルファ粒子(原子核の中では、陽子や中性子が核力という力によって、がっしりと結びついているが、これが時として陽子2個、中性子2個からなるアルファ粒子を放出することがある。これをアルファ崩壊と呼んでいる)が出ると、検知器がそれを検出し、ビンのふたが開く仕掛けにしておく。ビンから流れ出た青酸ガスを吸えば、猫は当然死んでしまう。
 ラジウムからアルファ粒子が出るかどうかは、量子論では確率的にしか予言できない性質の現象になる。今、1時間以内にアルファ粒子が出る確率は2分の1、50%だとする。
 箱の中に猫や装置を入れて、ふたを閉じ、1時間が経った。さてこの時、箱の中の猫は生きているのか、それとも死んでいるのか?
 この実験(ただし仮想的な実験)を考え出したのは、波動力学を確立したシュレーディンガーである。しかし彼は、この仮想実験で量子論を擁護したのではない。反対に、確率や不確定性などといった、あやふやなものを持ち出すコペンハーゲン学派に、ある種の皮肉を浴びせたのだ。実際、彼は波動力学を成立させた後、量子論への興味を急速に失って、生物学へ研究対象を変えてしまった。
 このような彼の量子論への不信を「シュレーディンガーの懐疑」と呼ぶ。さて、肝心の猫の運命はどうなったのだろう?  

(半分は生きていて、半分は死んでいる猫?)
 1時間後に箱の中の猫はどうなっているか? それは箱を開けてみればすぐにわかる。アルファ粒子が出てビンのふたが開けば、間違いなく猫は死んでいる。ビンがそのままなら、猫は生きている。
 だがここで問題にしたいのは、箱を開けたときに猫がどうなっているかではなく、箱を開ける前の猫の状態である。
 箱をあける前、私たちは普通こんなふうに考えるだろう。アルファ粒子が出る出ないは、確率2分の1である。だから、ガイガーカウンターがアルファ粒子を検出して信号を送り、その信号を受け取った仕掛けが作動して青酸カリの入ったビンのふたを開け、青酸ガスが出て猫が死んでいる確率も2分の1である。だから、猫は死んでいるかもしれないし、死んでいないかもしれない。しかし、いずれにせよ猫は「生死のいずれか一方の状態」である、と。
 ところが量子論の立場では、そうは考えない。箱を開けて観察する前、猫は生の状態50%と死の状態50%が合わさった状態、つまり「生と死の両方を兼ね備えた状態」であると考えるのだ。ちょうど電子の位置を、観察する前には「ここに50%、あそこに50%ある。つまりどちらにもある」とするのと、同じ考え方である。
 箱を開ける前でも、猫は生と死のどちらかに確定しているが、人間が知らないだけ、とは考えない。生と死が半分ずつ重なり合っているとするのだ。そして箱を開けて猫を見た瞬間に、猫は状態は生死いずれかに確定する。量子論はこんな妙(?)な解釈をするのだ。
 ミクロの世界で、ラジウムからアルファ粒子が出る出ないは、確率50%という不確定の言い方しかできない。だが、これが猫というマクロの対象につながって、猫が半死半生とか、見た瞬間に生死が決まるとなるのはおかしいのだが、どこで矛盾が起きているのか、いまのところきちんとした答えを出した人はいないとされている。(図解雑学 量子論 佐藤勝彦監修 ナツメ社より)  

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