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シュレディンガーの猫とは?「生きてて死んでる猫」は量子力学への皮肉だった

シュレディンガーの猫とは?「生きてて死んでる猫」は量子力学への皮肉だった

読む前に予想してみよう!

シュレディンガーは、猫が本当に生と死の重ね合わせになると主張するためにこの思考実験を考えた

研究カード(どんな研究?)
対象
物理学の思考実験と実験
規模
原子約10の17乗個の結晶など
研究の種類
理論・実験研究
確かさ
★★★★☆
3秒でわかる

シュレディンガーの猫は、量子の「重ね合わせ」を猫サイズにすると変だと示す思考実験。実は皮肉として考えられた。2023年には16μgの結晶で「猫状態」が実現。

ひとことで言うと小さな粒は「2つの状態を同時に持てる」。でも猫は?という話!

もくじ
  1. 箱の中で何が起きているのか
  2. シュレディンガー本人は「おかしい」と言いたかった
  3. なぜ私たちは「半分死んだ猫」を見ないのか
  4. 実験は「猫」にどこまで近づいた?
  5. まとめ

シュレディンガーの猫とは、「ミクロの世界のルール(量子力学)を、猫のような大きな物にそのまま当てはめたら、おかしなことになるよね?」という思考実験です。1935年、オーストリアの物理学者エルヴィン・シュレディンガーが論文の中で示しました。

ポイントは、これが量子力学を「すごいでしょ」と自慢する話ではなく、「この考え方、ちょっと変じゃない?」という皮肉として生まれたこと。ところが90年後の今、物理学者たちは本気で“猫”を作ろうとしています。

01箱の中で何が起きているのか

思考実験のセットはこうです(実際にやった実験ではありません)。

  • 箱の中に猫を入れる
  • 一定時間に50%の確率で崩れる放射性の原子を置く
  • 原子が崩れたら、装置が働いて毒が出る

量子力学では、観測するまで原子は「崩れた」と「崩れていない」の重ね合わせの状態にあると考えます。すると、それにつながった猫も「生きている」と「死んでいる」の重ね合わせ……? ふたを開けるまで、猫は半分生きて半分死んでいることになってしまいます。

ふたを開けるまで猫は「重ね合わせ」? という思考実験
ふたを開けるまで猫は「重ね合わせ」? という思考実験

02シュレディンガー本人は「おかしい」と言いたかった

当時、ミクロの粒子のふるまいを「観測するまで決まっていない」と考える解釈が広がっていました。シュレディンガーはこれに納得できず、「じゃあ猫でも同じことが言えるの?」と極端な例を出したのです。

つまり、この猫は量子力学の弱点をつくための例えでした。それが今では、量子力学の不思議さを紹介する「顔」になっているのは、科学史のちょっとした皮肉です。

03なぜ私たちは「半分死んだ猫」を見ないのか

ここで登場するのがデコヒーレンスという考え方です。大きな物は、空気の分子や光とたえずぶつかっています。そのたびに情報がまわりにもれ出し、重ね合わせの「量子らしさ」はあっという間に消えてしまうのです。

物理学者ズーレックらがまとめたこの考え方で、「なぜ日常の世界は量子っぽく見えないのか」がかなり説明できるようになりました。

04実験は「猫」にどこまで近づいた?

それでも物理学者は、重ね合わせをどこまで大きな物で作れるかに挑戦してきました。

16マイクログラムは、砂つぶよりずっと小さな量です。でも原子の数で言えば、もはや「ミクロ」とは呼べない大きさ。猫への道のりは、少しずつ縮まっているのです。

05まとめ

シュレディンガーの猫は、「ミクロの不思議を大きな物に当てはめると変になる」ことを示した思考実験でした。

もともとは皮肉だった猫が、いまや本物の実験の目標に。「どこまで大きな物が量子になれるのか」という問いは、90年たった今も現在進行形の最先端研究なのです。

この研究を英語で読もう原田英語の English CornerSchrödinger's cat is one of the most famous ideas in physics, but it was first meant as a criticism of… 音声 4択クイズ9問A2・B1・B2タップして開く

原田英語の English Corner

この研究を英語で読もう

Schrödinger's cat is one of the most famous ideas in physics, but it was first meant as a criticism of quantum theory. In 1935, Erwin Schrödinger imagined a cat in a closed box with a radioactive atom that has a 50% chance of breaking down. If it breaks down, a device releases poison.

According to quantum theory, the atom is in a superposition of both states until it is observed, so the cat would seem to be both alive and dead. Schrödinger thought this was clearly strange. Today, scientists explain why we never see such cats with an idea called decoherence: large objects keep hitting air molecules and light, so their quantum nature disappears very quickly.

116 words ・ CEFR B1

和訳を見る

シュレディンガーの猫は物理学で最も有名な考えの一つですが、もともとは量子論への批判として考えられたものでした。1935年、エルヴィン・シュレディンガーは、50%の確率で崩れる放射性の原子と一緒に、閉じた箱に入れられた猫を想像しました。原子が崩れると、装置が毒を放出します。量子論によれば、原子は観測されるまで両方の状態の重ね合わせにあるので、猫も生きていると同時に死んでいるように思えてしまいます。

シュレディンガーは、これは明らかにおかしいと考えました。今日、科学者たちは、なぜそのような猫を見ることがないのかを「デコヒーレンス」という考えで説明します。大きな物は空気の分子や光とたえずぶつかっているので、その量子的な性質はとても速く消えてしまうのです。

4択リーディングクイズ

Q1. What was Schrödinger's original purpose for the cat example?

Q2. According to decoherence, why do we never see cats that are both alive and dead?

Q3. What can we infer about Schrödinger’s view?

重要単語

  • superpositionC1
    名詞重ね合わせAn electron can be in a superposition of two places. super-(上に)+position(置くこと)=「上に重ねて置く」。be in a superposition of A and B の形で使う。
  • thought experimentB2
    名詞(句)思考実験Einstein loved to use thought experiments. 頭の中だけで行う実験。thought は think の名詞形。conduct a thought experiment「思考実験を行う」。
  • observeB1
    動詞観測する・観察するThe result changes when we observe the particle. 名詞は observation。「(規則を)守る」の意味もあり、入試の多義語問題で頻出。
  • decoherenceC1
    名詞デコヒーレンス(量子らしさが失われること)Decoherence explains why we never see half-alive cats. de-(失う)+coherence(まとまり・干渉性)。coherent「首尾一貫した」は入試頻出の形容詞。
  • paradoxB2
    名詞逆説・矛盾に見える話The cat paradox still makes students think. para-(反して)+dox(意見)。形容詞 paradoxical、副詞 paradoxically「逆説的に」も長文で頻出。
  • simultaneouslyB2
    副詞同時にThe cat seems to be simultaneously alive and dead. at the same time のかたい言い方。simultaneous interpretation は「同時通訳」。
シュレディンガーの猫、実は本人が「この理屈、猫に当てはめたら変だろ」と皮肉るための例えだったらしい。しかも2023年、16マイクログラムの結晶で本当に“猫状態”が作られた。

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出典・参考文献(5件)タップで表示
  1. Schrödinger (1935) Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik, Die Naturwissenschaftendoi.org
  2. Zurek (2003) Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical, Reviews of Modern Physicsdoi.org
  3. Arndt et al. (1999) Wave–particle duality of C60 molecules, Naturedoi.org
  4. Fein et al. (2019) Quantum superposition of molecules beyond 25 kDa, Nature Physicsdoi.org
  5. Bild et al. (2023) Schrödinger cat states of a 16-microgram mechanical oscillator, Sciencedoi.org