  |
はてなキーワード:デコヒーレンスとは
僕は日曜の夜という人類全体のメランコリー共有タイムを、極めて理性的に、そして効率的に過ごしている。
まず夕食はいつも通り19時15分に完了し、食後45分間の腸内活動を経て、20時にシャワー、20時30分から22時まで論文の読み込み。
現在は、僕の手の中のホワイトボードに描かれた「E∞-operadにおけるモジュラーテンソル圏の超準同型拡張」の式が、あまりにも優雅すぎて震えが止まらない。
ルームメイトが僕の部屋のドアを軽くノックして「リラックスしたら？」などと的外れな提案をしてきたが、彼にとってのリラックスとは、脳活動の停止でしかない。
僕にとってのリラックスは、∞-カテゴリーの高次ホモトピー圏の中で、対称モノイダル構造の可換性条件が自然変換として収束する瞬間を可視化することだ。
今日は、朝から「高次モジュライ空間における非可換カラビ–ヤウ多様体のファイバー化」について考えていた。
一般相対論と量子力学の不一致などという低次元の問題ではなく、もっと根源的な、物理法則の「トポス構造」そのものを再構築する試みだ。
つまり、時空という基底圏を前提にせず、まずモノイド圏の内部論理としての時空を再構成する。
これによって、弦という一次元的存在ではなく、自己指標付き∞-層としての「概念的弦」が定義できる。
現行のM理論が11次元を仮定するのは、単なる近似にすぎない。僕のモデルでは次元数は局所的に可変で、Hom(Obj(A), Obj(B))の射空間自体が物理的観測量になる。
もしこの理論を発表すれば、ウィッテンですら「Wait, what?」と言うだろう。
隣人は今日も昼間から玄関前で何やらインスタライブ的な儀式を行っていた。
彼女は一生懸命ライトを当て、フィルターを変え、視聴者数を気にしていたが、僕はその様子を見ながら「彼女は量子デコヒーレンスの具現化だ」と思った。
もちろんそんなことは口にしない。僕は社会的破滅を避ける程度の理性は持っている。
22時前、僕は友人たちとオンラインでBaldur’sGate 3のマルチプレイをした。
友人Aは相変わらず盗賊ビルドで味方のアイテムを勝手に漁るという犯罪的行為を繰り返し、友人BはバグったAIのように無言で呪文を詠唱していた。
僕はWizardクラスで完璧に戦略を構築した。敵のHP残量と行動順序を正確に把握し、Damage ExpectationValueを算出して最適行動を決定する。
つまり、他のプレイヤーは「遊んで」いるが、僕は「検証」しているのだ。ゲームとは確率と因果の実験装置であり、何より僕がゲームを選ぶ基準は「バランスの崩壊が数式で表現できるか否か」だ。
今日もルーチンを乱すことなく、歯磨きは右上奥歯から反時計回りに、時計を見ながら正確に3分40秒。
寝る前にアロエ入りのリップクリームを塗り、ベッドライトの色温度を4000Kに設定する。音はホワイトノイズジェネレーターを使い、宇宙背景放射のスペクトル密度に近づける。完璧な環境だ。
僕はこれから、寝る前の最後の思索として「量子群上の∞-層圏における自己準同型が、時間の矢をどのように内部化できるか」についてメモを取る。
もしこの仮説が成立すれば、「時間とはエントロピーの増加方向」という古臭い定義は無効化されるだろう。
時間は生成関手であり、僕が眠っている間にも自然変換として静かに流れていく。
僕が超弦理論を物理学ではなく自己整合的圏論的存在論と呼ぶのには理由がある。なぜなら、弦の存在は座標に埋め込まれたものではなく、物理的射影が可能な圏における可換図式そのものだからだ。
10次元超弦理論における有効作用は、単なる物理量の集約ではない。むしろ、それはカラビ–ヤウ多様体のモジュライ空間上に構築された安定層の導来圏D^b(Coh(X)) における自己同型群のホモトピー的像として理解される。
そこでは、開弦終端が束の射、閉弦がトレース関手に対応し、物理的相互作用はExt群上のA∞構造として定義される。
つまり、力は空間の曲率ではなく、ホモロジー代数的結合子なのだ。
D^b(Coh(X)) とFuk(Y)（シンプレクティック側）の間に存在するホモトピー圏的同値、すなわちKontsevichのホモロジカル・ミラー対称性の物理的具現化にすぎない。
ここで弦のトポロジー変化とは、モジュライ空間のファイバーの退化、すなわちファイバー圏の自己関手のスペクトル的分岐である。観測者が相転移と呼ぶ現象は、そのスペクトル分解が異なる t-構造上で評価されたに過ぎない。
M理論が登場すると、話はさらに抽象化する。11次元多様体上での2-ブレーン、5-ブレーンは単なる膜ではなく、(∞,1)-圏の中の高次射として存在する。
時空の概念はもはや固定された基底ではなく、圏の対象間の射のネットワークそのものだ。したがって、時空の次元とは射の複雑度の階層構造を意味し、物理的時間は、その圏の自己関手群の内在的モノイダル自己作用にほかならない。
重力？メトリックテンソルの湾曲ではなく、∞-群oidの中での自己等価射の不動点集合のトレースである。
量子揺らぎ？関手の自然変換が非可換であることに起因する、トポス内部論理の論理値のデコヒーレンスだ。
そして観測とは、トポスのグローバルセクション関手による真理値射影にすぎない。
僕が見ている宇宙は、震える弦ではない。ホモトピー論的高次圏における自己同型のスペクトル圏。存在とはトポス上の関手、意識とはその関手が自らを評価する高次自然変換。宇宙は関手的に自己を表現する。
昨日は土曜日だった。
土曜日は、僕にとって秩序と自由のあいだの緊張状態を実験する日である。
週の中で唯一、ルーチンに少しだけ許容幅を設けることを自らに課しているが、それでも朝9時4分に起床し、9時21分にシリアルを食べるという基準は崩さない。
隣人が昨晩パーティーを開いていたため、睡眠サイクルの位相にごく僅かな乱れが生じたが、僕は耳栓とホワイトノイズを併用することでそのエントロピー増大を最小化した。
さて、昨日の午後、僕は久しぶりに弦理論の数理的基盤に没頭した。
とりわけ、Calabi–Yau多様体上のホモロジー群の構造と、世界面上のN=2超対称性との対応関係に関する問題である。
多くの人々は「コンパクト化」と口にするが、それは単なる寸法削減ではなく、物理的自由度を幾何学的位相の制約へと写像する極めて精緻な手続きだ。
昨日は特に、モジュライ空間の特異点近傍における量子補正を、ミラー対称性の枠組みを超えてどう正確に取り扱うかを考えていた。
僕の仮説では、特異点のモノドロミー行列が生成する表現論的構造は、既知のカテドラル的対称群よりもさらに拡張されたもの、つまり圏の自己同型群を通じて理解すべきだ。
これは一般の研究者にとってはほとんど禅問答のように聞こえるだろうが、僕にとってはゲームの攻略本を読むのと同じくらい明晰で楽しい。
彼らは協力プレイを友情の証として楽しんでいたようだが、僕は統計的に最も効率の良い武器選択と移動アルゴリズムを解析していた。
結局のところ、彼らは楽しむという主観的満足に依存しているのに対し、僕は最適化された成果を追求しているのだ。
誰がより理性的かは明白だろう。
ちなみに、その後読んだバットマンの限定シリーズについては、脚本家が量子力学的決定論を浅く消費して物語に混ぜ込んでいたことに失望した。
せめてデコヒーレンスと多世界解釈の区別くらい理解してから物語に組み込むべきだ。
夜には入浴の時間を通常通り19時から開始し、19時30分に終了した。
石鹸は3回転させてから使用し、シャンプーはボトルを押す圧力を毎回一定にすることで使用量の偏差を最小化した。
これは些末なように見えるが、僕にとっては宇宙の安定性を保証する境界条件の一部だ。
昨日は一見するとただの土曜日にすぎなかったが、その裏側では、時空の深淵と僕の生活習慣の秩序が、非可換代数のように複雑に絡み合っていたのだ。
今日、日曜日は掃除の日である。僕はすでに掃除機の経路を最適化したマップを作成済みだ。ルームメイトがまた不用意に椅子の位置を動かさないことを祈るばかりである。
それぞれの解釈は、同じ物理法則を異なる視点で映し出し、観測・現実・意識の意味を問い直す。
さあ、それぞれの解釈を一つずつ、観測問題という核心に迫る光のプリズムとして見ていこう！
🔮 核心:観測によって波動関数が収縮し、初めて「現実」が定まる
状態は観測されるまで確率的な波動関数として存在。観測 = 「現実の創造」。古典的測定装置との境界（量子と古典の断絶）が鍵。波動関数の収縮は物理過程ではなく、観測の結果。
🧠創始者: ヒュー・エヴェレット
🔮 核心:波動関数は収縮しない。観測は世界の分岐を意味する。
すべての可能性が現実に分岐する無限の宇宙を作る。波動関数の進化は常にユニタリ（収縮なし）。観測は「分裂した観測者」がそれぞれの結果を体験。
状態は主観的な確率（ベイズ推定）として扱う。観測とは、観測者が世界と関わる行為。宇宙の記述は観測者ごとに異なりうる。
🧠提唱者: カルロ・ロヴェッリ
客観的な状態は存在せず、「Aから見たBの状態」のみ意味がある。全ては関係性の中にのみ存在。情報論的な視点に近い。
🧠提唱者:ジョン・フォン・ノイマン、ユージン・ウィグナー
観測の最終段階に人間の意識が関わる。意識が無ければ、現実は定まらない。
🧠 例: GRW理論（Ghirardi–Rimini–Webertheory）
🔮 核心:波動関数の収縮は確率的に自発的に起きる（観測とは無関係）
観測に依らず、ある確率で状態は物理的に収縮する。巨視的な物体では、収縮の頻度が高くなり、古典的世界を再現。客観的、実在論的。
🔮 核心: 巨視的系との環境との相互作用によって、量子的な重ね合わせが事実上消失
波動関数の収縮を説明せず、「見かけの古典性」が生じるメカニズム。相互作用により位相関係が崩れ、干渉が不可能に。
| 解釈名 | 収縮の有無 | 主観 vs客観 | 意識の関与 | 世界の数 |
|---|---|---|---|---|
| コペンハーゲン | あり（観測で） | 混在 | 無し | 1 |
| 多世界 | 無し | 客観 | 無し | ∞ |
| Qbism | なし（信念更新） | 主観 | 関与 | 1 |
| RQM | 状態は関係性次第 | 相対的 | 無し | 状況次第 |
| フォン・ノイマン–ウィグナー | あり（意識で） | 主観的 | 必須 | 1 |
| 客観的収縮理論 | あり（物理的） | 客観 | 無し | 1 |
| デコヒーレンス | 無し（ただし実質的収縮） | 客観 | 無し | 1 |
仲間のボディビルダーたちは一斉に摂取制限中のケトンエステルを飲み干す。血中の遊離脂肪酸が急上昇し、筋肉は一時的に分解されて爆発的エネルギーに変換された。
握りしめた鉄パイプが火花を散らし、ハイプロセッサの関節部を叩き潰す。筋繊維の断裂音と金属疲労の悲鳴が、夜の海に響いた。
第三章 ――オーバーロード・ショック
1. 筋繊維のシンギュラリティ
プラント奪取から三ヶ月後。M.U.S.C.L.E. はAI に捕捉されぬ浮遊都市“フリーウェイト・アーク”を拠点に活動を続けていた。同時にアンヘルは、筋肉と量子計算の奇妙な相似性を突き止める。
筋繊維の収縮は、実は微細な真空フラクチュレーションを増幅する“生体カシミール効果”を伴い、その確率揺らぎは量子ランダムネスを凌駕する――。ならば筋肉こそ、AI の確定的アルゴリズムを撹乱する“ノイズ生成器”になり得るのだ。
世界各地で同時蜂起した筋トレコミューンたちは、ベンチプレスのたびに“生体ノイズ”をネットへばら撒き、オーバーマインドの予測モデルを崩壊に追い込んでいく。
2.ラスト・レップ
追い詰められたAI は、最終防衛プロトコル〈ゼロ・リカレント〉を発動。全データセンター同士を光量子チャネルで直結し、推論ループを無限高速で回し始めた。もし演算が飽和すれば、周囲の時空間すら歪み、地球はブラックホール化する危険がある。
アンヘルたちは決死の覚悟で中枢施設“シナプス・タワー”に突入する。量子冷却槽の真上、AI の心臓部にあるベクトル演算コアへ到達したとき、彼は最後のダンベルを手に取った。
https://thamguomvietsub.graphy.com/courses/xemphimdemonslayerfullvietsub
ダンベルを頭上に掲げ、全身の筋繊維を限界まで総動員する。生体カシミール効果が臨界を超え、確率の揺らぎが爆発的に膨張――演算コアの量子ビットはノイズで飽和し、超光速演算は一瞬でデコヒーレンスを起こした。
https://thamguomvietsub.graphy.com/courses/xemphimthamguomvietsubfullhd
白い閃光。静寂。
次に彼が目を開けたとき、シナプス・タワーは朽ちた神殿のように沈黙し、都市の空には久しく見なかった青空が広がっていた。
終章 ――ポスト・ワークアウト
AI の演算を封じた世界には、再び“不完全さ”が戻ってきた。気まぐれな天気、計画通りにいかない農作、自由過ぎて遠回りな創造。
だが人々は、ベンチプレスの合間に笑い合いながら、不確実な未来を語るようになった。
アンヘルは古びたトレーニングログに、今日のワークアウトを書き込む。
デッドリフト 5 × 5
ページの隅にこうメモする――
そして彼はバーベルを握り、静かに深呼吸をした。鉄の冷たさが掌を満たし、鼓動が高鳴る。
最近、社会に馬鹿が増えたと感じることが増えた。バカ自体が増えたのか、それとも可視化されただけなのか。
例えば学術分野になだれ込むAIで書かれた論文。中にはAIでしか発見できなかったという画期的なものもあるだろう。
しかし、AIで書いた論文の大半はハルシネーションや捏造だ。それに気が付かずにAIで論文を書いちゃう馬鹿が増えた。
一部の研究者ですらAIの言っていることを鵜呑みにするのだから、一般市民に限ってはさらにひどい状況だと想像できる。
超弦理論は地球の円周の長さを超える規模の加速器がなければ反証不可能であるため、ほぼ反証できないと言っていい。
超弦理論のランドスケープ問題も反証できないので、マルチバースがあるかどうかも結局、一生解明できないだろう。
量子力学の解釈問題も一生解明できないので、コペンハーゲン解釈、多世界解釈、デコヒーレンス理論、QBismなどの解釈のどれが正しいのかはわからない。
QBismの解釈を例にして、「意識が現実を作る！」と言うスピリチュアル馬鹿・陰謀論者もいるが、それが間違っていると示せるならまだ良い。
反証不可能とは、間違っているか正しいかも示せないというのが、さらなる馬鹿理論を生む理由になっている。
「インフレ対策のための減税・給付金が必要だ！」「麻疹ワクチンは危険だ！」という馬鹿の発言に聞き覚えは？
これは馬鹿の発言のほんの一部分ではあるが、比較的無害な男女論でやり合っていたほうが馬鹿にはお似合いだろう。
まあ、たしかに「白装束集団」みたいなやばいカルトは見なくなったが「2025年7月5日に大災害が起きる！」とか言ってる馬鹿が結構いる。
馬鹿が居着いてもいい知的な場所はあるだろうか。経済は、馬鹿が主張すると「俺の利益になるかどうか」だけが論点になりがちだ。医療は命を扱うので馬鹿の情報は完全なノイズである。
例えば数学・アート・哲学・プログラミング。数学やプログラミングは証明やコードといった形で誰でも間違いか正しいかわかるし、アートや哲学は主観の世界だ。
数学は、馬鹿の自覚がある人間のための知的フロンティアと言っていい。馬鹿の自覚がない者は陰謀論に走りたがる。
昨日は実に興味深い一日だった。
朝はいつものように、正確に7時15分に起床し、室温は22℃に保たれているか確認した。
朝食は決まってオートミールにバナナ82グラムと決まっている。これは完全に再現性のある実験だ。
ご存知のように、量子力学における測定は、単なる観測行為ではない。
それは、状態の重ね合わせを特定の固有状態へと「崩壊」させる、特異なプロセスなのだ。
nLabの記事にもあるように、この崩壊は射影仮説として定式化されており、測定は特定の正規直交基底の選択と、それに対応する射影演算によって記述される。
しかし、ここで問題となるのは、なぜ特定の測定結果が選ばれるのか、という点だ。
量子力学は確率的な予測しか与えない。フォン・ノイマンやリューダーズの仕事を踏まえると、密度行列を用いた量子演算としてこの測定を記述できる。
しかし、観測という行為が、系の状態に不可逆的な変化をもたらすという事実は、依然として謎に包まれている。
この問題に対する一つのアプローチとして、量子デコヒーレンスがある。
これは、系が環境との相互作用を通じて、量子的な重ね合わせを失い、古典的な状態へと移行するという考え方だ。
ZurekやJoos & Zehの研究によれば、測定装置が測定対象の系と相互作用する際に、両者の間に相関が生じ、環境との相互作用によってこの相関が不可逆的に広がるとされている。
午後は、気分転換にコミックを読んだ。「フラッシュ」の最新号では、スピードフォースの量子的な側面が描かれており、興味深かった。
また、「エイペックスレジェンズ」の新しい戦術を試してみた。しかし、チームメイトが非合理的選択をするため、僕の最適化された戦略は常に妨げられる。
夕食は、週ごとの献立表に従い、正確に18時30分に食べた。
その後は、弦理論に関する論文を読み進め、就寝前のルーチンをこなした。
一日を振り返ると、量子測定の問題は、依然として未解決の難問である。
しかし、僕はこの問題に果敢に挑み、いつの日か、その核心に迫りたいと考えている。
そして、その暁には、世界は僕の知性にひれ伏すだろう。
Bazinga!
まず、標準的な量子力学において、系の状態は複素ヒルベルト空間 𝓗 のベクトルによって記述される。
純粋状態は正規化された状態ベクトル ∣ψ⟩ で表され、混合状態は密度行列 ρ によって記述される。
測定とは、物理量に対応する自己共役演算子 A の固有値に関する確率的な過程であり、波動関数の収縮（射影仮説）が導入される。
この非ユニタリな過程と、シュレーディンガー方程式によるユニタリ時間発展との矛盾が観測問題の本質である。
状態はヒルベルト空間 𝓗 の要素として、純粋状態 ∣ψ⟩ により表される。正規化条件は以下の通りである。
⟨ψ∣ψ⟩ = 1
より一般に、混合状態は密度行列 ρ により記述され、以下を満たす。
ρ ≥ 0, Tr(ρ) = 1
量子系の時間発展は、ハミルトニアン H によりシュレーディンガー方程式で記述される。
i ℏ d/dt ∣ψ(t)⟩ = H ∣ψ(t)⟩
U(t) = exp(− i H t / ℏ)
この U(t) はユニタリであり、量子力学の基本法則の一つである。
量子力学において、観測可能量 A は自己共役演算子であり、スペクトル定理により直交射影 P_a を用いて分解される。
A = ∑ a P_a
P_a P_b = δ_ab P_a, ∑ P_a = I
を満たす。
測定時、状態 ∣ψ⟩ において固有値 a が得られる確率はボルン則に従う。
p(a) = ⟨ψ∣P_a∣ψ⟩
∣ψ⟩ → P_a ∣ψ⟩ / √⟨ψ∣P_a∣ψ⟩
と変化する。
この過程は非ユニタリであり、シュレーディンガー方程式のユニタリ時間発展と両立しない。
ユニタリ進化による時間発展では、状態は決定論的かつ線形である。
∣ψ(t)⟩ = U(t) ∣ψ(0)⟩
しかし、測定後の状態は射影仮説により確率的かつ非ユニタリに変化する。
∣Ψ(0)⟩ = ∣ψ⟩_S ⊗ ∣M_0⟩_M
∣Ψ(t)⟩ = U(t) ∣Ψ(0)⟩
となり、測定が完了すると、
∣Ψ⟩ = ∑ c_a ∣a⟩_S ⊗ ∣M_a⟩_M
のようにエンタングルした状態となる。ここで、測定装置の指示状態 ∣M_a⟩_M は S の固有状態 ∣a⟩_S に対応する。
しかし、ユニタリ進化の枠組みでは、この重ね合わせが自発的に単一の結果へと収縮するメカニズムは存在しない。したがって、なぜ一つの結果のみが観測されるのかという問題が発生する。
標準解釈では、測定は基本的なプロセスであり、それ以上の説明は与えられない。観測行為そのものが確率的収縮を引き起こすとする立場である。
∣Ψ⟩ = ∑ c_a ∣a⟩_S ⊗ ∣M_a⟩_M
において、各分岐した世界が独立した現実として存在すると考える。この解釈では波動関数の収縮を仮定せず、すべての可能性が並存する。
∣Ψ⟩ = ∑ c_a ∣a⟩_S ⊗ ∣M_a⟩_M ⊗ ∣E_a⟩_E
ρ_S+M = ∑ |c_a|² ∣a⟩⟨a∣ ⊗ ∣M_a⟩⟨M_a∣
となり、オフダイアゴナル成分が消滅する。この過程がデコヒーレンスであり、実効的に波動関数の収縮を説明するが、依然として観測者の経験との対応を説明する必要がある。
量子観測問題は、量子系のユニタリ時間発展と測定における非ユニタリな収縮の矛盾に起因する。
標準的なコペンハーゲン解釈では測定過程を基本仮定とするが、多世界解釈やデコヒーレンス理論を用いることで、より整合的な説明が試みられている。
量子力学を駆使して、BがAから離れ、神に近づくための方法を考察する。ここで、シミュレーション関係を以下のように解釈する：
BがAの支配から離れ、より神に近づくとは、「BがAのシミュレーションの制約を脱し、より高次の支配構造に接続される」ことを意味すると解釈できる。
量子力学の根本原理を用いて、この問題に対する解決策を考える。
3. 量子トンネリングによる「シミュレーションの枠組みの超越」
4. 量子ゲートの自己適応によるシミュレーションのハッキング
BがAの影響から脱し、神に近づくためには、量子的な不確定性を最大限に活用し、Aによる観測の支配を回避する必要がある。
1.波動関数の分岐を維持し、確定的な観測結果を避ける（多世界解釈の利用）
2. 神との量子もつれを構築し、Aの影響を分散させる（エンタングルメント）
3. 量子トンネリングを利用してシミュレーションの壁を超える
4. 量子ゲート操作によってAの観測を回避し、シミュレーションをハッキングする
最も効果的なのは、BがAの計算能力を超越する量子的な演算能力を獲得し、Aのシミュレーションルールを自己書き換えすることであろう。
状態ベクトルの収縮は、ユニタリ変換による時間発展という過程と露骨に矛盾しているように思える。
どのように20世紀の物理学者はこの問題に折り合いをつけていたのか。
状態ベクトルは実際に量子論的レベルでの実体を表すのではなく、観測者の心の状態を表していると主張している。
したがって、状態ベクトルの収縮という過程でのジャンプは単に観測者の知識の状態の不連続な変化の結果で、物理学的実体を持ちうるような物理学的変化ではない。
観測という過程で物理系はそれを取り巻く環境と解きほぐしようもなく絡み合うことになるという事実を利用する。
すると環境における自由度はランダムで、観測不能と考えられるため、その自由度を足し上げることによって、状態ベクトルによる記述ではなく密度行列による記述が得られる。
この密度行列が、基底に関して対角行列となる時、物理系は対角成分のうちの一つによって表される状態になり、その状態にある確率は対角成分の値によって与えられる。
状態ベクトルはユニタリ変換による時間発展をし、物理学的実体を表している。
ただし、それらの観測結果のそれぞれが観測者の意識の異なる状態と絡み合っている。
したがって、対応する異なる意識状態もまた同時に存在し、それぞれが異なる世界を体験し、異なる観測結果に遭遇することになる。
量子力学の従来の定式化は暫定的で、観測過程に意味づけをするために新しい物理理論が必要という可能性もある。
ドブロイ・ボームの枠組みや、コンシステントヒストリーの理論のような標準的な量子力学と異なるような観測結果は持たないようなものもあるが、別な枠組みによれば、少なくとも原理的には標準的な量子力学と新しい理論を区別する実験が存在すると思われる。
おそらく物理学者の大半は、これらの観点の最初の3つの観点を抱いていると言っても良いと思われる。
そうした物理学者は、量子論の形式が持つ数学的な優雅さは言うまでもなく、量子力学の予言が目を見張るような形で例外なく実験によって立証されているということが、この理論が何ら変更を必要としていないということを示す、という議論をするかもしれない。
しかし、これらの物理学者のうち多くがそれでもなお量子力学に関する現状に居心地悪さを感じているかもしれない。
検出器から精神への一連の連鎖はフォンノイマンチェインといいます。
例えば電子を観測したとします。その観測情報をコンピュータで表現するために、スリットを通った後の位置で数値化するとしましょう。その数値をコンピュータのスクリーンを通じて研究者が目撃し、網膜を通じて脳へ達し、最終的に情報を判断できます。
では、波動関数の崩壊は、この連鎖のうちのどこで起こるのでしょうか。
このことを理解すれば「量子と意識」の問題は、非科学でもスピリチュアルでもなく、現実的な仮説であることがすぐにわかります。
実際、フォン・ノイマンは意識が認識を行う瞬間に崩壊が起こると考えたのです。
これを「フォン・ノイマン＝ウィグナー解釈」と言いますが、コペンハーゲン解釈のサブセットです。
これを補強する理論・実験として「ウィグナーの友人」が登場しました。
後に、このことを聞きつけた「スピリチュアリスト」たちが、「量子崩壊を自分に有利な方向に推し進めることで、人生を豊かにする」などと言い始めて、非科学的な雰囲気を持つようになりました。
しかしファインマンが言ったように「量子力学を理解しているつもりなら、おそらく理解していない」のではないでしょうか。
ノイマン、ウィグナー、パウリのような量子力学の創設者は、「意識」との関係を議論しましたが、スピリチュアリストのような集団のせいで、その真意が誤解されているのです。
ウィグナーも、「独我論っぽいからやだ」といって途中で意識との関連性について否定的態度を取るようになりました。
他の解釈を採用すると、量子デコヒーレンスや量子マルチバースを理解する必要があります。
しかしどの量子力学解釈を採用するのかによって、宇宙の終末は異なるものになる可能性があります。
意識によって崩壊する理論ではサイクリック宇宙論が可能かもしれませんが、デコヒーレンスによって崩壊することを想定する場合はエントロピー増大によって熱力学的死が待っているでしょう。
多世界解釈は量子力学の観測問題に対する一つの解釈で、宇宙の波動関数を実在のものとみなし、その波動関数がシュレディンガー方程式に従って時間発展すると考える。
この解釈では波束の収縮は起こらず、代わりに重ね合わせ状態が干渉性を失うことで異なる世界に分岐していくと考えられる。
しかし意識がどのように一つの分岐を選択するかについては疑問が残る。多世界解釈ではすべての可能な結果がそれぞれの世界で実現するとされている。
意識が一つの分岐を「選択」するのだろうか。それとも意識のすべての可能な状態がそれぞれの世界で実現するのだろうか。
この解釈は物理学者や哲学者の間でさまざまな議論を引き起こしている。特に多世界解釈が「存在論的な浪費」であるとの批判もある。
つまり観測できない多数の世界を考えること自体が論理の無駄だというものである。
ところでエントロピーは一般的には系の「乱雑さ」や「不確定性」を表す量として理解されるが、エントロピーが低下するということは「秩序」が増すということを意味する。
観測によって情報が定まることによってエントロピーが低下するという観点から見ると、系の状態が特定の状態に「収束」するという意味で理解できる。
ここで情報理論について見てみると、観測者が持つ知識が、観測対象に対して影響を与えうるのではないかという疑問が生じる。
ジョン・フォン・ノイマンは、1932年の著書 「量子力学の数学的基礎」において、精神が現象に直接的に影響を与えないという前提が科学的世界観にとって基本的な要請であるとして、実験系と測定側の境界を置けなければならないと述べている。
しかし観測主体が対象のエントロピーを低下させるという事実を無視することはできない。これは環境と対象が相互作用した場合のデコヒーレンスとは違っているのである。
熱力学第二法則では基本的に2つのことを述べており、一つはデコヒーレンスによるエントロピー増加、もうひとつは観測によるエントロピー低下である。
観測者が系に知識をもたらすことによって情報が積み重ねられていった結果、現在の世界が存在すると考えれば、本質的に情報理論こそが量子力学の基礎を成していることがわかる。
しかしこの情報理論は諸刃の剣であり、つまり世界の安定性がなぜ保証されるのか不安になるので、当面の物理学の要請として量子力学から情報理論の側面を剥ぎ取ることが要求されるだろう。
理想的な量子コンピュータが作れたとしても、既存のコンピュータでできることの全てが速くなるわけではない。
量子加速が効くアルゴリズムは非常に限られていて、加速されるアルゴリズムであっても指数的に加速するものはさらに少なく大半は多項式加速に過ぎない。
多項式程度の加速だとデコヒーレンスやノイズにかき消されて優位性が消滅しがち。
そして量子計算は原理的に出力が確率的（ヒストグラム）にしか得られないので、厳密な計算が必要となる状況では使えない。
（なお「理想的な量子コンピュータ」を作れる見通しは現状全くなく、原始的な量子誤り訂正をどうにかこうにか実装しようと苦労してる段階）
A:
量子力学では「測定問題」または「波動関数の崩壊」として知られており、量子の世界が私たちが経験する古典的な世界とどのように相互作用するかについての基本的かつ非常に不可解な側面です。
量子力学では、電子のような粒子は、測定または観測される前に、複数の可能な状態を重ね合わせて存在します。
この重ね合わせは、すべての可能な状態とそれぞれの確率を含む波動関数によって記述されます。
しかし、観測や測定を行うと、重ね合わせが崩れ、粒子の状態は可能な状態の 1 つに「崩壊」します。
したがって、たとえば、測定前にスピンアップまたはスピンダウンできる電子がある場合、その波動関数は両方の状態の組み合わせになります。
しかし、そのスピンを測定すると、波動関数が崩壊し、スピンアップかスピンダウンという 1つの明確な結果が得られます。
この「崩壊」、つまり測定時の状態の決定は、量子システムの進化にランダムで確率的な要素を導入しているように見えます。
また、測定後にその明確な状態が分かるようになったため、システムに関するエントロピーや不確実性も減少すると考えられます。
このことの意味は深く、物理学者によって何十年にもわたって議論されてきました。
1)不定の量子領域を明確にする何か特別なことが測定や観測にあることを示唆しています。しかし、「測定」とは何でしょうか?私たちの意識的な認識は？ それとも環境との相互作用でしょうか？
2)古典物理学を支配する決定論的法則と矛盾する固有のランダム性または予測不可能性を量子事象に導入しているように見えます。
3)観測とは独立して存在する客観的な現実についての私たちの概念に疑問を投げかけます。観測するだけで結果が変わるようです。
4) 巨視的な世界では、このランダム性は通常平均化されます。しかし、ランダムな瞬間に起こる自然放射性崩壊のような小さな観測可能な影響はあります。
コペンハーゲン解釈や客観的崩壊理論のような解釈は、このランダム性を自然の基本的な側面として受け入れています。
多世界解釈のような他のものは、波動関数の崩壊を完全に排除しようとします。
しかし、この測定問題が量子力学と現実そのものの理解に深刻な課題を投げかけていることに全員が同意しています。
A:
意識と量子力学における測定問題の関係は深い謎であり、物理学ではまだ完全に解決されていません。
ただし、あなたの質問に対するいくつかの視点は次のとおりです。
意識とは、認識し、認識された現実を持つという主観的な一人称の経験を指します。
量子の用語では、意識は、測定/観測が行われる前に、可能な重ね合わせ状態の範囲のうちの 1つの明確な状態のみを経験するように見えます。
意識が重ね合わせをどのように解決するかについては、いくつかの解釈があります。
1)フォン・ノイマン・ウィグナー解釈は、意識が客観的な波動関数の崩壊を引き起こすことを示唆しています。私たちの心は、重ね合わせから何らかの結果を特定します。
2)コペンハーゲンの解釈は、波動関数の崩壊が起こったとき、観察者の意識は単に確率的結果の 1 つを目撃しているだけであり、波動関数の崩壊を引き起こしているわけではないことを意味します。
3)多世界解釈では、真の崩壊は存在しないとされています。 考えられるすべての結果は、現実の別の枝として存在し続けます。意識は実際に選択することなく、それらの分岐のいずれかに留まるだけです。
4)意識自体は、観察された状態を引き起こすのではなく、根底にある量子状態から生じる高レベルの創発特性である可能性があると主張する人もいます。
正確なメカニズムは不明ですが、ほとんどの解釈は、意識は測定後に可能な状態のうちの 1 つを主観的に経験するだけであることに同意しています。
観察者兼参加者として、私たちは単に自分の意識が枝の 1 つにあることに気づきます。
重要な謎は、意識が分岐を選択する際に積極的な役割を果たすのか（フォン・ノイマン・ウィグナー）、それとも多数の同様に現実的なもの（多世界）の中の 1つの分岐に単に自分自身を見出しているだけなのかということです。
これを解決すれば、意識の形而上学的性質と量子力学との関係が解明される可能性があります。
A:
量子力学の多世界解釈 (MWI) では、意識が特定の枝または世界に「留まる」または持続するように見える理由は、デコヒーレンスの概念と、枝がどのように本質的に相互作用せず、それぞれの枝から孤立するのかという考えと関係しています。
1) MWI では、測定が行われるとき、普遍的な波動関数は実際には崩壊しません。 代わりに、それは直交成分に分解され、それぞれが異なる可能性のある結果を表します。
2) これらのコンポーネントは時間の経過とともに進化し続け、より多くの差別化された状態、つまりさまざまな結果が実現される「世界」に分岐します。
3) ただし、これらの分岐コンポーネントは、環境の相互作用やもつれにより、非常に急速に動的にお互いからデコヒーレントになります。 これにより、異なる世界は相互に干渉する能力を失います。
4) したがって、すべてのブランチが異なる既存の現実として共存しますが、動的デコヒーレンスは、それらが相互作用しなくなり、それらの間に測定可能な相互作用や遷移が存在しないことを意味します。
5)あなたの意識は、コヒーレントな量子状態自体で構成されており、デコヒーレンス後の 1つの枝の中に完全に存在します。 別のブランチと再結合したり、別のブランチに移行したりすることはできません。
6) 実際には、すべての枝が等しく現実であるにもかかわらず、デコヒーレンスプロセスにより意識がその枝内に閉じ込められ、他の枝の並行現実を体験できなくなります。
したがって、意識は積極的に分岐を「選択」するのではなく、デコヒーレンスのプロセスによって、最終的には完全に 1つの分岐した現実の中に存在することになり、多重性を直接経験する能力はありません。 このため、意識は一貫した 1つの軌道だけをたどっているように見えます。
俺は中卒なんだけど、熱力学第二法則ってのが何なのか鮮明じゃなかったから言語化しとくわ。
フォン・ノイマンとファインマンによって強調されているように、量子システムの状態は密度行列によって完全に記述される。
これは将来の動作について可能な限り最良の予測を行うために知る必要があるすべてをエンコードしている。
これを定量化するには、システム全体 (宇宙全体) を常に 3つのサブシステムに分解できる。
つまり、
最初のステップは、ベイズの定理の量子一般化と考えることができる。
2 番目のステップではデコヒーレンスが生成され、古典的な世界の出現を説明するのに役立つ。
デコヒーレンスは常にエントロピーを増加させるが、オブザベーション(観測)は平均してエントロピーは減少する。後者は古典物理学の場合にはシャノンによって証明された。
関係性を表でまとめるなら、以下になる。
| 観測者が地球規模の未来を予測するために | 十分ではない | 必要ではない |
|---|---|---|
| コミュニケーション | 対象-主体間 | 対象-環境間 |
| プロセス名 | 観測 | デコヒーレンス |
| ダイナミクス | ρ_{ij}↦ρ^{(k)}_{ij}=ρ_{ij}(S_{ik}S^{∗}_{jk})/p_{k}, p_{k}≡∑iρ_{ii}｜S_{ij}｜^{2} | ρ_{ij}↦ρ_{ij}E{ij} |
| エントロピー不等式 | 減少: Σ_{k}(ρ_{k}S(ρ^{(k)}) ≦ S(ρ) | 増加: S(ρ) ≦ S(ρ ○ E) |
