東北大助教、堀田氏(QEnergyTeleport)のツイート

@QEnergyTeleport

波動関数の「多世界解釈」は、誰かが何かの測定をする度に、「１つの宇宙の歴史」が、異なる測定結果がそれぞれに実現した多数の「歴史」に分岐する話。むしろパラレルワールドと言ったほうが近い。

@QEnergyTeleport

一方、「多宇宙（multi-verse）」という概念は、我々のたった１つの宇宙（だから「１つの」という意味のuniがついているuniverse（ユニバース））という考え方を否定する話。

@QEnergyTeleport

「多宇宙理論」は、大きく広がっている我々の宇宙と同じような沢山の兄弟宇宙が物理的に存在し、それらが細いワームホールなどで繋がってネットワークを組んでいるという仮説。量子力学の解釈問題とは、直接関係ない。

@QEnergyTeleport

最近結構話題になるのは、「空間の創発(emergence of space)」という話。昔から議論されてきた話だが、最近ではオランダ人のフェアリンデのホログラフィ原理に基づいたアイデアが注目されている。しかしこれも発展途上の１つの「仮説」。

@QEnergyTeleport

フェアリンデ理論をざっくり言うと、極端な場合、本当の宇宙は点でしかなくてもいい。ただ時間だけはきちんと流れていて物理的自由度もある。しかし、その点の"内部から見る"と、膨大な広がりをもつ空間の中に様々な物体が運動しているとも、数学的に解釈できるという話。

@QEnergyTeleport

ホログラフィとは、情報の書き込まれた２次元フィルムに光を当てると３次元像が浮かび上がる現象。逆に見て、これまでの常識で３次元的存在に見えいた存在も、実はもっと空間的次元が低い実体があるという可能性がポイント。

@QEnergyTeleport

フェアリンデ理論のようなホログラフィックな宇宙理論は、広がりのある空間を持つ我々の宇宙も、例えばたった１点の空間零次元宇宙と数学的には同じもの（等価）ではないかという可能性を探るもの。

@QEnergyTeleport

数年前にフェアリンデさんと話す機会があって、彼になぜ時間と空間を平等に扱わないのか、質問したことがある。時間は空間と全く違う属性があるからだと彼は答えた。（確かにそうかもしれない、と量子力学の構造から自分も同意。）空間は時間と異なり、２次的に創発したものだという場合を彼は模索中。

@QEnergyTeleport

ホログラフィック宇宙。空間零次元にある謎の物理的自由度が、もの凄い性能の量子計算機として働いて「強いＡＩ（人工知能）」として意識を持ち、広々とした空間を想像して自分がその中で活動している夢見ているのが宇宙の姿、と想像するのは愉快。これがきちんと実験や観測に結びつくといいのだけど。

@QEnergyTeleport

エリック・フェアリンデさんは、ゲージ場の量子論の研究でノーベル賞をもらった巨人のトフーフトさんの、お弟子さん。双子の兄弟ともども、超ひも理論の研究で有名。

@QEnergyTeleport

ちなみにAdS/CFTという話でのホログラフィック原理はかなり厳密に成り立つことが多くの研究者の努力によって分かってきている。「高次元の量子重力理論＝低次元の平坦な空間での物質場の量子論」という例が実在することは、ある意味、ほぼ確立したという補足。

@QEnergyTeleport

結構前提となる知識が必要なので一般向きかどうか微妙だが、2011年の数理科学１０月号（サイエンス社）に、京大の福間さんがフェアリンデのホログラフィの話を割と詳しく紹介していた。ご参考までに。

@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。

@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。