ベストアンサー
科学者なら、すべきではありません！
合理性の足がかりを上ることは、試みることです。成功したツールが機能する理由を理解し（適切な予測を行い）、新しい洞察を得て、誤解を克服します。科学は常に哲学的に基づいています。これは、宇宙をよりよく理解することを目的としたプロセスです（科学的方法、または博士号を考えてください。哲学博士号）。
では、なぜ量子物理学者が科学的ルーツを放棄し、「黙って計算する」文化を受け入れることがそれほど一般的になったのでしょうか。最も強力な理由は、それが素晴らしく正確な統計的予測を行うという事実にもかかわらず、量子力学の標準的な形式は、存在論的な明快さを提供することも、説明的な重要性を持たないことです。正準量子力学は、フランク・ラロエが言うように、直感的ではなく、概念的に比較的壊れやすいものです。 [i]それは概念的な困難に非常に悩まされているので、1927年にニールスボーアは「量子論にショックを受けていない人は誰もそれを理解していない」と述べた。そして40年後、リチャード・ファインマンは「誰も量子論を理解していない」と言った。要するに、標準的な量子力学は、科学的疑問の終盤として自分自身を残酷に主張します。
同じ形式主義が異なる基本的な仮定（私たちの能力を遮断しないもの）から派生していることは注目に値します何が起こっているのか尋ねてください）、しかし、物理学者の大多数は、これらのより哲学的に根拠のあるオプションに完全に気づいていません（なぜもっと多くの物理学者がパイロット波理論に同意しないのですか？）。したがって、答えの一部は、物理学者がこれらの他の解釈を適切に紹介されていないということです。
残りの答えについては…うさぎの穴をたどってください。
概念的な難しさ量子力学の下には、物理システムを記述するために使用するオブジェクト、つまり状態ベクトル| \ psi \ rangleがあります。 「古典力学はそのコンポーネントの位置と速度を直接指定することによってシステムを記述しますが、量子力学はそれらの属性を複雑な数学的オブジェクト| \ psi \ rangleに置き換え、比較的間接的な記述を提供します。」 [ii]システムが、そのコンポーネントの位置と速度の仕様よりも、状態ベクトルによってより適切に表されるとは、正確にはどういう意味ですか？状態ベクトルは実際には何を表していますか？
存在論的に浸透する量子力学の最も難しい部分は、状態ベクトルの正確な状態を把握することです。それは物理的な現実そのものを説明しているのでしょうか、それとも私たちが現実について持っているかもしれないいくつかの（部分的な）知識だけを伝えているのでしょうか？それは基本的に統計的な記述であり、システムのアンサンブルのみを記述していますか？それとも、単一のシステム、または単一のイベントを説明していますか？状態ベクトルがシステムの不完全な知識を反映していると仮定した場合、少なくとも原則として、より適切な説明が存在することを期待すべきではありませんか？もしそうなら、現実のこのより深くより正確な説明は何でしょうか？ [iii]
この質問をするために、より深いレベルでより完全な説明がある可能性にオープンであり続けることは、量子力学の標準的な解釈と対立することです。これが当てはまるのは、標準的な解釈が直感的な表現でベースに触れることに失敗するだけでなく、それを禁止しようとするためです。 [iv]「可能性から実際への移行は本質的に知られていない」と残酷に主張している。 [v]しかし、その主張に論理的にコミットする理由はありません。より完全な説明が存在し、量子力学の特有の効果を概念図に結び付けることができる可能性は残っています。
つまり、波動関数とは何かという問題に要約されます。これは、状態ベクトル。 [vi]この謎をさらに詳しく見てみましょう。
古典力学とは異なり、システムを指定してシステムを記述します。そのコンポーネントの位置と速度、量子力学は、物理システムをマッピングするために状態ベクトルと呼ばれる複雑な数学的オブジェクトを使用します。この状態ベクトルを理論に挿入することで、予測を微視的世界の観察と統計的に一致させることができますが、この挿入は、多くの同等に有効な解釈に開かれた比較的間接的な記述も生成します。量子力学を「本当に理解する」には、状態ベクトルの正確なステータスを指定できる必要があり、その指定を正当化するための合理的な理由が必要です。現時点では、質問のみがあります。状態ベクトルは、物理的な現実そのものを表しているのでしょうか、それとも私たちが現実について持っている（部分的な）知識だけを表しているのでしょうか？ 「それはシステムのアンサンブルのみを記述しますか（統計的記述）、それとも単一のシステムも記述しますか（単一のイベント）？確かに、システムの不完全な知識の影響を受けていると仮定すると、少なくとも原則として、より良い記述が存在することを期待するのは自然ではありませんか？」[vii]もしそうなら、現実のこのより深くより正確な記述は何でしょうか？
状態ベクトルの役割を調べるために、質量のある N 粒子でできた物理システムを考えてみましょう。それぞれが通常の3つで伝播します。 -次元空間。古典力学では、 N の位置と N の速度を使用してシステムの状態を記述します。便宜上、これらの粒子の位置と速度を1つのベクトル V にグループ化することもできます。これは、6 N 次元、位相空間と呼ばれます。 [viii]
状態ベクトルは、この古典的なベクトル V の量子等価物と考えることができます。主な違いは、複素数ベクトルとして、複素数ベクトル空間（状態の空間、またはヒルベルト空間。言い換えると、位置と速度が位相空間で定義されている通常のベクトルによってエンコードされる代わりに、量子システムの状態は、その位置が複雑なベクトルによってエンコードされます。速度は状態の空間に存在します。 [ix]
古典物理学から量子物理学への移行は、システムを説明するための位相空間から状態空間への移行です。量子形式では、システムの各物理的観測量（位置、運動量、エネルギー、角運動量など）には、状態の空間で作用する関連する線形演算子があります。 （状態空間に属するベクトルは「ケット」と呼ばれます。）問題は、状態空間を古典的な方法で理解することは可能かということです。たとえば、現在の説明/理解によって完全に無視されたシステムに関連付けられた追加の変数があった場合、状態ベクトルの進化は古典的に（ローカルリアリズムの投影の下で）理解できますか？
その質問は宙に浮いていますが、状態ベクトルが基本的である場合、状態ベクトルの下に詳細な説明が実際にない場合は、量子力学によって仮定される確率も基本的でなければならないことに注意してください。これは物理学における奇妙な異常でしょう。統計古典力学は確率を常に使用しますが、それらの確率論的主張は統計集団に関連しています。これらは、調査中のシステムが、共通のプロパティを共有する多くの同様のシステムの1つであることがわかっているが、（何らかの理由で）調査されていないレベルで異なる場合に機能します。システムの正確な状態を知らなくても、類似したすべてのシステムを1つのアンサンブルにグループ化し、そのアンサンブルの可能性の状態をシステムに割り当てることができます。これは便宜上行われます。もちろん、アンサンブルのぼやけた平均状態は、システムが実際に持つ可能性のある特定の状態ほど明確ではありません。そのアンサンブルの下には、システムの状態のより完全な説明があります（少なくとも原則として）が、予測を行うために正確な状態を区別する必要はありません。統計集団を使用すると、システムの正確な状態を調べることなく予測を行うことができます。しかし、その正確な状態についての私たちの無知は、それらの予測を確率論的にしなければなりません。
量子力学についても同じことが言えますか？量子論は可能な状態のアンサンブルを記述していますか？または、状態ベクトルは単一システムの最も正確な可能な記述を提供しますか？ [x]
その質問にどのように答えるかは、独自の結果をどのように説明するかに影響します。状態ベクトルを基本的なものとして扱う場合、現実は常にある種の不鮮明な意味で現れることを期待する必要があります。状態ベクトルが全体像である場合、測定では、固有の結果ではなく、常に不鮮明なプロパティを記録する必要があります。しかし、そうではありません。実際に測定するのは、特定の状態に対応する明確に定義されたプロパティです。
状態ベクトルが基本であるという考えに固執し、フォンノイマンは状態ベクトルの減少（波動関数の崩壊とも呼ばれる）と呼ばれる解決策を提案しました。 [xi]考えは、私たちが見ていないとき、システムの状態は、すべての可能な状態の重ね合わせとして定義され（状態ベクトルによって特徴付けられる）、シュレディンガー方程式に従って進化するというものでした。しかし、私たちが見る（または測定する）とすぐに、それらの可能性の1つを除いてすべてが崩壊します。これはどのように起こりますか？これらの状態の1つを残りの状態よりも選択するのはどのメカニズムですか？今日まで答えはありません。それにもかかわらず、フォンノイマンのアプローチは独自の結果を可能にするため、フォンノイマンのアイデアは真剣に受け止められています。
フォンノイマンが対処しようとしていた問題は、シュレディンガー方程式自体が単一の結果を選択しないことです。ユニークな結果が観察される理由を説明することはできません。それによると、プロパティのファジーミックスが（状態ベクトルによってコード化されて）入ってくると、プロパティのファジーミックスが出てきます。これを修正するために、フォンノイマンは状態ベクトルが不連続に（そしてランダムに）単一の値にジャンプするという考えを思いつきました。 [xii]彼は、状態ベクトルが「観測された結果に対応するコンポーネントのみを保持し、他の結果に関連付けられた状態ベクトルのすべてのコンポーネントがゼロになるため、名前削減。」 [xiii]
この還元プロセスが不連続であるという事実は、一般相対性理論と互換性がありません。また、不可逆的であるため、時間の非対称性を世界に導入するすべての物理学の唯一の方程式として際立っています。結果の独自性を説明する問題がこれらの問題を覆い隠していると私たちが考えるならば、私たちはそれらを一歩踏み出すことをいとわないかもしれません。しかし、この取引を価値のあるものにするためには、状態ベクトルの崩壊がどのように発生するかについての良い話が必要です。私たちはしません。この説明がないことを量子測定問題と呼びます。
多くの人は、量子測定問題がまだ残っていることに驚いています。 。量子システムの測定はそれらのシステムに影響を与えずに行うことはできず、状態ベクトルの減少は何らかの形でそれらの測定によって開始されると主張して、観察者効果に訴えることによって状態ベクトルの減少（波動関数の崩壊）を説明することが一般的になりました。 [xiv]これはもっともらしく聞こえるかもしれませんが、機能しません。この「説明」がどのように外乱が状態ベクトルの減少を開始するかを解明しないという事実を無視しても、これは許可された答えではありません。相互作用がプロセスで何の役割も果たさない場合でも、ベクトルの削減を行うことができます。」 [xv]これは、量子力学における負の測定または相互作用のない測定によって示されます。
この点を調べるために、球面波動関数を持つ粒子を放出するソース S を考えます。これは、その値が独立していることを意味します。空間の方向。 [xvi]言い換えると、ランダムな方向に光子を放出し、各方向の確率は同じです。完璧な効率で2つの検出器で光源を囲みましょう。最初の検出器 D1 は、小さな立体角θ、および2番目の検出器 D2 は、粒子がこの立体角を通過する場合に粒子を捕捉するように設定する必要があります。
相互作用のない測定粒子の波動関数を説明する波束が最初の検出器に到達すると、検出される場合とされない場合があります。 （検出の確率は、検出器のなす角の比率によって異なります。）粒子が D1 によって検出されると、粒子は消えます。これは、その状態ベクトルを意味します。粒子を含まない状態と励起された検出器に投影されます。この場合、2番目の検出器 D2 は粒子を記録しません。粒子が D1 によって検出されない場合、 D2 は後で粒子を検出します。したがって、最初の検出器が粒子を記録していないという事実は、波動関数がθ内に含まれる成分に減少することを意味し、2番目の検出器が常に後で粒子を検出します。つまり、 D2 による検出の確率は、 D1 。要するに、波動関数は粒子と最初の測定装置との相互作用なしに減少しました。
FranckLaloëは、これは「量子測定の本質は、頻繁に呼び出されるよりもはるかに微妙なものです。 「測定装置の避けられない摂動」（ハイゼンベルグ顕微鏡など）。 [xvii]状態ベクトルの削減が実際に行われる場合、相互作用がプロセスで何の役割も果たさない場合でも発生します。つまり、この削減がどのように開始されるか、またはどのように展開されるかについて完全に暗闇に包まれています。それでは、なぜ状態ベクトルの削減が依然として真剣に受け止められているのでしょうか。なぜ、思考物理学者は、状態ベクトルの減少が発生するという主張を支持するのでしょうか。それがどのように、またはなぜ発生するのかについてのもっともらしい話がなく、それが発生するという主張が、物理学の中心的な信条と矛盾する他の巨大な問題を引き起こすときです。答えは、伝統の世代が量子測定問題を解決する別の方法があるという事実を大部分消去したということかもしれません。
他のオプションに戻ると、状態ベクトルが統計集団、つまり、システムがより正確な状態を持っていると仮定すると、この思考実験の解釈は簡単になります。最初、粒子には明確に定義された放出方向があり、 D2 は、その方向に放出された粒子の一部のみを記録します。
標準的な量子力学では、この明確に定義された放出方向は、測定前には存在しないと仮定しています。状態ベクトルの下に何かがあり、より正確な状態が存在すると仮定することは、量子力学に追加の変数を導入することと同じです。伝統とは一線を画すものですが、T。S。エリオットが聖なる森で述べたように、「伝統は積極的にやめるべきです」。 [xviii]科学の中心は、可能な限り最良の答えを探さなければなりません。それが伝統によって絶えず抑制されている場合、それは繁栄することはできませんし、有効なオプションを無視することもできません。知的旅は新しい道を築く義務があります。
この答えは、私の著書「アインシュタインの直感：11次元で自然を視覚化する」の第1章と第12章からの抜粋です。
[i]フランク・ラロエ。量子力学を本当に理解していますか？p。xi。
[ii]同上、p。xii。
[iii]同上。
[iv]コペンハーゲン解釈の名の下にある量子力学の形式は、「おそらく、より正確には、コペンハーゲン非解釈と呼ばれるべきです。その要点は、形式主義を直感的な言葉で解釈しようとする試みは失敗する運命にあるということです…」AJ Leggett。（2002）量子力学の限界のテスト：動機、遊びの状態、展望。J.Phys。Condens。Matter 14 、R415-R451。
[v] NDMermin。 （1993）。ジョンベルの隠された変数と2つの定理。Rev。Mod。Phys。 65 、803〜815;特に§IIIを参照してください。これは、他の有効な解釈の可能性を否定するため、論理的に根拠がありません。その多くがあります。最も顕著なのは、ボーム解釈のような決定論的解釈の可能性を否定することです。
[vi]質量のあるスピンレス粒子のシステムの場合、状態ベクトルは波動関数と同等ですが、より複雑なシステムの場合、これはそうではありません。それにもかかわらず、概念的にはそれらは同じ役割を果たし、理論では同じように使用されるため、ここで区別する必要はありません。フランク・ラロエ。 量子力学を本当に理解していますか？、p。 7. [vii]フランクラロエ。 量子力学を本当に理解していますか？、p。 xxi。 [viii] N 粒子が含まれているため、この位相空間には6 N 次元があります。システムと各パーティクルには、6つのデータポイント（3つは空間位置（ x、y、z ）、3つは速度（ x、y、z コンポーネントも）。 [ix]状態空間（複素ベクトル空間またはヒルベルト空間）は線形であるため、重ね合わせの原理に準拠しています。 2つの任意の状態ベクトルの任意の組み合わせで、状態の空間内でも、システムで可能な状態です。数学的には、＆は任意の複素数です。 [x]フランクラロエ。 量子力学を本当に理解していますか？、p。 19. [xi] J。フォンノイマンの第6章。 （1932年）。 Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik 、Springer、ベルリン; （1955）。 量子力学の数学的基礎、プリンストン大学出版局。 [xii]私は何かが「ランダムな発生を引き起こす」可能性があるという主張の論理的妥当性に異議を唱えます。定義上、因果関係は結果を左右しますが、「ランダム」は因果関係がないことを意味します。これよりも深く、私は本物のランダムな発生が起こり得るという考えの一貫性に挑戦します。因果関係がまったくない出来事があると首尾一貫して主張することはできません。そうすることは、私たちが「発生」とは何を意味するのかを一掃することです。すべての発生は全体に密接に関連しており、システムを駆動しているものを知らないことは、システムがランダムに駆動されていると想定する理由にはなりません。物事をランダムに駆動することはできません。原因をランダムにすることはできません。 [xiii]フランクラロエ。 量子力学を本当に理解していますか？、p。 11. [xiv]ボーアは、状態ベクトルの縮小が使用されない別の観点を好んだ。 D.ハワード。 （2004）。コペンハーゲン解釈を発明したのは誰ですか？神話の研究。 フィロス。科学 71 、669–682。 [xv]フランク・ラロエ。 量子力学を本当に理解していますか？、p。 28. [xvi]この例は、FranckLaloëの本のセクション2.4、私たちは本当に量子力学を理解していますか？、p。 27〜31。 [xvii]フランクラロエ。 量子力学を本当に理解していますか？、p。 28. [xviii] T.S.エリオット。 （1921）。 聖なる森。伝統と個人の才能。
回答
それは良いアドバイスです。シャットダウンして計算すると、ほとんどの物理学者が気にかけている問題に対してより効果的に機能することがわかります。 QMの哲学的な質問について考えるのは良いことのように聞こえますが、100年以上にわたって非常に低い見返りがあることが証明されています。
アインシュタインとボーアが1930年代にQMをどのように理解すべきかについて持っていた議論をめぐるいくつかの進歩。彼らの議論以来、私たちはベル、ボーム、エベレット（多くの世界）そしてゼ（デコヒーレンス）の進歩を遂げてきました。しかし正直なところ、この進歩は、その間に適切な量子力学で行われた進歩、特にQFTへの全体的な拡張と比較すると、かなり無視できます。
そのため、過去の経験的証拠があります。進歩を遂げ、物理世界について新しいことを発見したい場合、SUACが優れたアプローチを証明してきた100年。[*]
そしてそれはほとんどの物理学者がやりたいことなので、彼らにとっては素晴らしいアドバイスです。
そして、今日から進歩を遂げたいと思っている人にとっては、それがまだ明らかに賭けの方法だと思います。たとえば、私がリソースの割り当てを行う独裁者だった場合、100人の若い物理学者のうち99人に、黙って彼らのキャリア全体を計算するように指示します。
それでも…私はまだ少し入れます余談ですが、これらの若い物理学者の100人に1人は、QMの哲学的な意味を探求することに時間を費やしたいと思うかもしれません。 （明確にするために、QMの純粋な形式主義を学びながら、全員を黙らせて計算する必要があります。哲学を取り入れずに最初に学ぶことは十分に困難です）。しかし、彼らがその使用法に慣れると、彼らは主流を打ち破り、基礎について考えることができます。そうすることで、99人の同僚の進歩を妨げることはありませんが、成功の可能性が非常に低いアプローチであることを十分に理解した上で、それを補完するように行動する必要があります。
どうして？さて、私は物理学の歴史をもう少し振り返ります。ニュートン、ライプニッツ、クラウジウス、ボルツマン、ギブス、アインシュタインの考え方と、彼らが当時の物理学の基礎についての哲学的思考からどのように探求を始めたかを見ていきます。そして、これが最も驚くべきブレークスルーが行われた方法であることが多いことに注意してください。
しかし、このアプローチは最近崩壊したようです。過去100年間、この種の「大胆で哲学的な基盤」の考え方は、QMに適用されたときに著しく実を結ばないことが証明されたことを認めなければなりません。いつメッセージを受け取って諦めますか？
頑固です：まだかなりではありません。シャットダウンして計算する側では99：1ですが、まだ100：0ではありません。
[*] 2つの質的に異なるフィールドの「進捗状況」を有意義に比較する方法がわからない場合は、答えは、両方を見て、「ああ、」と言うことです。 それ以上の負荷ですよね？」