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波動関数の収縮 - Wikipedia
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波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅく

量子りょうし系けいが演算えんざん子この固有こゆう状態じょうたいになる過程かてい

量子力学りょうしりきがくにおける波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくまたは波動はどう関数かんすうの崩壊ほうかい (wave function collapse) とは、初はじめはいくつかの固有こゆう状態じょうたいの重かさね合あわせであった波動はどう関数かんすうが、「観測かんそく」によってある1つの固有こゆう状態じょうたいに収縮しゅうしゅくすること。波なみ束たばの収縮しゅうしゅくや、状態じょうたいの収縮しゅうしゅくとも呼よばれる。量子りょうし測定そくていの本質ほんしつをなし、波動はどう関数かんすうと古典こてん的てきな可か観測かんそく量りょう（位置いちや運動うんどう量りょうなど）との間あいだを繋つなげるものである。量子力学りょうしりきがくの標準ひょうじゅん解釈かいしゃくでは、量子りょうし系けいが時間じかん発展はってんする方法ほうほうは2通とおりあり、1つ目めはシュレーディンガー方程式ほうていしきに従したがう連続れんぞく的てきな時間じかん発展はってんであり、もう1つが波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくである[1][2]。波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくは、量子りょうし系けいが古典こてん的てきな環境かんきょうと熱ねつ力学りきがく的てきに不ふ可逆かぎゃくな相互そうご作用さようをして生しょうじるブラックボックスである[3][4]。標準ひょうじゅん解釈かいしゃくでは、波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくの背後はいごに物理ぶつり的てきなメカニズムを想定そうていせず、単たんに公理こうりとして与あたえられる数学すうがく的てきな処理しょりとして扱あつかう（射影しゃえい公準こうじゅんまたは射影しゃえい仮説かせつと呼よぶ）。

量子りょうしデコヒーレンスの計算けいさんによると、量子りょうし系けいが環境かんきょうと相互そうご作用さようするとき、重かさね合あわせ状態じょうたいは見みかけ上じょう、古典こてん的てきな混合こんごう状態じょうたいになる。しかし重要じゅうようなのは、系けいと環境かんきょうを合あわせた波動はどう関数かんすうはシュレーディンガー方程式ほうていしきに従したがい続つづけるという点てんである[5]。さらに重要じゅうようなのは、デコヒーレンスにより重かさね合あわせになっている各かく状態じょうたいは互たがいに干渉かんしょう性せいを喪失そうしつするが、デコヒーレンスは単一たんいつの固有こゆう状態じょうたいを選えらび出だすことができないため、波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくを説明せつめいすることができないことである[3][6]。

歴史れきし的てきには1927年ねんにヴェルナー・ハイゼンベルクは、量子りょうし測定そくていを説明せつめいするために初はじめて波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくの考かんがえを用もちいた[7]。

客観きゃっかん的てき収縮しゅうしゅく理論りろん

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少数しょうすうではあるが、波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくが観測かんそくとは無関係むかんけいに客観きゃっかん的てきに起おきるとする客観きゃっかん的てき収縮しゅうしゅく理論りろん（英語えいご版ばん）を支持しじする論者ろんしゃもいる。この理論りろんでは収縮しゅうしゅくはランダムに生しょうじるか（自発じはつ的てき収縮しゅうしゅく理論りろん）、何なんらかの物理ぶつり的てきな条件じょうけんにより発生はっせいする。よく知しられている理論りろんには以下いかのものがある。 GRW理論りろん（英語えいご版ばん）と連続れんぞく的てき自発じはつ的てき局在きょくざい化か（英語えいご版ばん）モデル（CSL）は、収縮しゅうしゅくがランダムに生しょうじているとする。1つの粒子りゅうしでは収縮しゅうしゅくはごく稀まれにしか起おきないが、多数たすうの粒子りゅうしが集あつまることで即座そくざに収縮しゅうしゅくが起おきる。ペンローズ解釈かいしゃく（英語えいご版ばん）では、収縮しゅうしゅくは重力じゅうりょくによって生しょうじるとする。原子げんしや分子ぶんしは重力じゅうりょくが弱よわいため重かさね合あわせ状態じょうたいが長時間ちょうじかん持続じぞくするが、大おおきな物体ぶったいはより強つよい重力じゅうりょく場じょうをもつため重かさね合あわせが短時間たんじかんしか持続じぞくせず収縮しゅうしゅくするとする。これらの理論りろんは標準ひょうじゅん的てきな量子力学りょうしりきがくを改変かいへんしており、実験じっけん的てきな検証けんしょうの可能かのう性せいがあるという特徴とくちょうがある。

その他たの解釈かいしゃく

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量子りょうしベイズ主義しゅぎでは、波動はどう関数かんすうは量子りょうし系けいに対たいする主観しゅかん的てきな信念しんねんの度合どあいであり、情報じょうほうに基もとづいて確かく率りつが更新こうしんされる（波動はどう関数かんすうが収縮しゅうしゅくする）。

量子力学りょうしりきがくの解釈かいしゃくの中なかには、波動はどう関数かんすうの収縮しゅうしゅくが起おきない解釈かいしゃくもある。例たとえば多た世界せかい解釈かいしゃくや無矛盾むむじゅん歴史れきし解釈かいしゃくでは、波なみ束たばの収縮しゅうしゅくは生しょうじない。

脚注きゃくちゅう

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]
  1. ^ J. von Neumann (1932) (ドイツ語ご). Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik. Berlin: Springer 
  2. ^ J. von Neumann (1955). Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton University Press 
  3. ^ a b Schlosshauer, Maximilian (23 February 2005). “Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics”. Rev. Mod. Phys. 76 (4): 1267–1305. arXiv:quant-ph/0312059. Bibcode: 2004RvMP...76.1267S. doi:10.1103/RevModPhys.76.1267. 
  4. ^ Giacosa, Francesco (2014). “On unitary evolution and collapse in quantum mechanics” (PDF). Quanta 3 (1): 156–170. doi:10.12743/quanta.v3i1.26. http://quanta.ws/ojs/index.php/quanta/article/download/26/42. 
  5. ^ Zurek, Wojciech Hubert (2 March 2009). “Quantum Darwinism”. Nature Physics 5: 181–188. arXiv:0903.5082. Bibcode: 2009NatPh...5..181Z. doi:10.1038/nphys1202. 
  6. ^ Fine, Arthur (2020). "The Role of Decoherence in Quantum Mechanics". Stanford Encyclopedia of Philosophy. Center for the Study of Language and Information, Stanford University website. 2021年ねん4月がつ11日にち閲覧えつらん。
  7. ^ Heisenberg, W. (1927). “Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik [The actual content of quantum theoretical kinematics and mechanics]” (PDF). Z. Phys. 43: 172–198. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19840008978.pdf. 

関連かんれん項目こうもく

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