『「シュレーディンガーの猫」のパラドックスが解けた!』

生きていて死んでいる状態をつくる
古澤 明 プロフィール

 シュレーディンガーがこの思考実験で提案したかったことは、ミクロな世界の粒子だけでなく、たくさんの粒子が集まったマクロな存在である猫でも、量子力学で規定する重ね合わせの状態ができるのではないかということである。

 これに対する今のところの答えとしては、猫をはじめとするマクロな存在は外部からの影響を常に受けているので、量子力学の特性は壊れてしまうというものだった。当然、重ね合わせ状態も見られない。だが、それは本当に真実なのだろうか。外部の影響を受けない状態であれば、マクロなものでも重ね合わせ状態をつくることができるのではないだろうか。

 本書ではこれらのことを、筆者が専門としている量子光学を用いて説明する。そのようにするのは、筆者が実際に行っている研究なので、最先端の量子力学の実験(検証)を臨場感をもって感じてもらえるということもあるが、たくさんの量子をあつかう量子光学では、光子を自在に重ね合わせて実験を行うことが可能だからである。つまり、量子光学は、マクロな存在=たくさんの量子(光子)の集合体を用いて、量子力学の実験が容易にできる唯一の存在なのである。

 たとえば、レーザー光線の状態は、多数の光子の重ね合わせ状態であり、個々の光子がバラバラに飛んでくる状態でもある。しかし一方で、レーザー光線は極めて純粋な(古典的な)波であり、その証拠に干渉する。したがって、レーザー光線は、量子の集合体でありマクロで古典的な存在でもある。

 本書の最終目標である「シュレーディンガーの猫」では、マクロな存在としてレーザー光線を考える。

 そして、位相が反転した2つのレーザー光線(の状態)の重ね合わせの状態を「シュレーディンガーの猫状態」、すなわち生きている猫と死んでいる猫を重ね合わせた状態と考える。これを理解するには、まず1個の光子の性質について理解し、それらが集まる(重ね合わされる)とどのようになるかを理解する必要がある。本書ではそのような順序で解説を試みる。

 また、レーザー光線では、「粒子(量子)の集合が波になって」おり「粒子から波が生まれている」が、実は光子1個でも立派な(?)波になっている。この量子力学の本質「量子は粒子であり波である」ことも、本書では量子光学を用いて解説しようと思う。したがって、本書では「量子は粒子であり波である」ことを理解し、「粒子から波が生まれていく」醍醐味を味わってもらうことを目指している。