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@QEnergyTeleport
量子力学の観測問題:デコヒーレンスという現象が観測問題の解決を与えるという主張する研究者もいる。(Zurekが代表格か。)個人的見解だが、これはmisleading。
@QEnergyTeleport
ある純粋状態を測定すると、様々な測定結果がある確率で発現する。その測定後状態もいろいろとなる。この結果として系は混合状態となる。逆に外部環境系と注目系を相互作用させて、注目系が初期純粋状態から混合状態に移行させる現象があれば、それを観測行為と同じとみなすという主張が世間にはある。
@QEnergyTeleport
どんな混合状態も、適当な外部アンシラ系(環境系の役目を担う)と注目系の合成系に拡大させると、かならず純粋状態になる。例えば有限温度の熱浴系の状態も、少なくともアンシラ系を考えれば必ず純粋状態で書ける。(ミクロカノニカル理論では、そもそも複雑でも熱浴だけで純粋状態になっている。)
@QEnergyTeleport
従って十分に外部環境を広げて見ておけば、環境系のどんな初期状態も純粋状態とみなして良い。従って注目系と環境系の初期状態は純粋状態。相互作用が終わってから、注目系部分だけみるとデコヒーレンスが起きて混合状態になるが、全系では純粋状態のまま。量子的コヒーレンスは残っている。
@QEnergyTeleport
デコヒーレンスは、環境系と注目系の相互作用プロセスの特定の一側面にすぎず、観測現象の本質をカバーするものではない。
@QEnergyTeleport
ここで、外部環境系の中に人間(例えばアリスという名にしよう)を含めても議論に問題はない。アリスが注目量子系と相互作用をして観測する行為も、合成系としてはユニタリー的時間発展をする。従って相互作用後の状態は純粋状態と考えられる。
@QEnergyTeleport
このアリスを含む環境系と注目系の反応後状態を見ると、相互作用により注目系のいろいろな測定結果の情報がアリスの脳のネットワークに書きこまれている状態の線形重ね合わせになっている。そして測定後に、注目系とアリスの脳の間の量子もつれ状態が生じたことが分かる。
@QEnergyTeleport
この量子もつれ状態の発生をもって、アリスは注目系を観測したとものとみなせる。例えば注目系が2準位スピンとして、アップ状態はアリスの脳もアップと記憶している状態と積しかなく、ダウン状態には脳もダウンと記憶した状態としか積がとられていない。つまりスピンと脳の間に相関が発生してる。
@QEnergyTeleport
このような人間(や測定機の針)と注目系と量子もつれ状態が発生すれば、注目系ではデコヒーレンスは起きている。このため、観測過程でデコヒーレンスを調べることには、その測定の質を知るための指標の1つとして意味がある。しかし、デコヒーレンスが観測の本質であると言うのは、的外れであろう。
@QEnergyTeleport
シュレディンガーの猫を考えるとデコヒーレンスの問題も分かりやすいかも。よく間違った説明で、猫はマクロな存在だから、デコヒーレンスが起きて、猫が生きている状態か、死んでいる状態かしか"実現"していないという。しかし猫を含めた孤立全系では純粋状態であり、デコヒーレンスは起きていない。
@QEnergyTeleport
全体系では純粋状態であり、量子コヒーレンスは残っているため、本当は猫の生きている状態と死んでいる状態の間の干渉効果は、原理的に観測可能なのだ。ただ、相手が猫というマクロな存在なので、その実験をするのが難しいというだけである。それを見るのに適した物理量を測る実験が難しいということ。
@QEnergyTeleport
猫とまではいかないが、最近では十分大きな物体での量子的干渉効果は測定されるようになった。例えばフラーレン(炭素60個から作ったサッカーボール)の2重スリットによる干渉実験は有名。有名な実験家ツァイリンガーは、今後ミジンコでこれを実験したいとも言っているそうだ。
kikumaco(5/9para-dice) @kikumaco
@QEnergyTeleport ミジンコと言わずとも、DNAでできると、インパクトでかいですね
@QEnergyTeleport
このように、マクロな物体でも、その重心運動等の特定の自由度を引き出せば、量子的干渉効果を見る実験も可能なのだ。猫の生死に関わる干渉効果を観測する実験も、現実的にはとてもできない測定というだけで、原理的には(理論上では)存在する。
前野[いろもの物理学者]昌弘 @irobutsu
ミジンコぐらいになると、右のスリット通ったか左のスリット通ったか、ミジンコ本人が自分で観測しちゃわないんですかねぇ?? @QEnergyTeleport
kikumaco(5/9para-dice) @kikumaco
そこで、乾燥クマムシの出番ですよ “@irobutsu: ミジンコぐらいになると、右のスリット通ったか左のスリット通ったか、ミジンコ本人が自分で観測しちゃわないんですかねぇ?? @QEnergyTeleport
前野[いろもの物理学者]昌弘 @irobutsu
乾燥させるんなら乾燥ミジンコでいいような。RT @kikumaco: そこで、乾燥クマムシの出番ですよ “@儂: ミジンコぐらいになると、右のスリット通ったか左のスリット通ったか、ミジンコ本人が自分で観測しちゃわないんですかねぇ?? @QEnergyTeleport
@QEnergyTeleport
.@irobutsu そうですね。つまり対象がスリット通過中に光子1つでも出すと、スクリーンの干渉島はぼやけます。十分に温度を落とすして現実的には仮死状態にすることが必要かもしれません。生体フォトンを出されては駄目ですかr。
kikumaco(5/9para-dice) @kikumaco
.@irobutsu @qenergyteleport 生きたクマムシを乾燥させて、干渉させて、しかるのち生き返らせるのです
前野[いろもの物理学者]昌弘 @irobutsu
逆にミジンコもしくは乾燥クマムシが光子を「受信」しちゃってもダメですよね。あ、それは暗闇で実験すればいいだけのことか。@QEnergyTeleport
@QEnergyTeleport
ちなみに、ご存じの通りだと思うのですが、ミジンコに観測をした自覚があるような意識がなくても問題なしですよね。ただミジンコが1つの光子を出すだけで、アウトです。光子とミジンコの合成系状態の対する実験を用意しないと、量子的干渉は見えないでしょうね。@irobutsu
前野[いろもの物理学者]昌弘 @irobutsu
そして生き返ったクマムシを「おまえはどっちのスリットを通ったんだ?!」と問い詰める。小一時間問い詰める。RT @kikumaco: .@irobutsu @qenergyteleport 生きたクマムシを乾燥させて、干渉させて、しかるのち生き返らせるのです
@QEnergyTeleport
.@irobutsu いや、受信されてミジンコなどに吸収される光子の初期状態が1つの純粋状態にあれば、大丈夫では。
@QEnergyTeleport
そうそう。結局、死んだ状態を生きた状態にするユニタリ変換も原理的には存在するはずでからw @kikumaco @irobutsu
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コメント

Satoru Inoue @Inoueian 2012年1月23日
堀田さんの21日午前3時頃からのツイートが前置きのような話です。まとめがちょっと長くなるので追加しないでおきますが、参考までに。 http://twilog.org/QEnergyTeleport/date-120121
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