東北大助教、堀田氏(QEnergyTeleport)のツイート

@QEnergyTeleport

もし無限に短い間隔で（ある意味連続的に）量子的対象物を観測し続けると、その動きが止まってしまうというのが量子ゼノン効果。しかし、注目系の選択とその測定の仕方によって、これ以外にも様々な現象が起きることが、多くの研究者によって分かっている。

@QEnergyTeleport

例えば連続的に測定し続けると、むしろ量子ゼノンとは逆に、速く物理系が運動してしまうという「逆量子ゼノン効果」も知られている。（東大の清水明さんも、数年前に勢力的にゼノン効果を研究をしていた。）

@QEnergyTeleport

もちろん、今回の放射能騒ぎで世間に広く勉強されるようになった、原子核の崩壊現象も、量子ゼノンの研究対象に成りえる。その時に、もし原子核が壊れて放射線を出したかどうかを、連続的に観測し続けるとどうなるか？不安定原子核の寿命は延びるのか、それとも縮むのか？

@QEnergyTeleport

原子核の崩壊は、出てくる放射線がガイガーカウンター等の測定機で観測されることで確認される。では土壌のCsに向けて、ガイガーカウンターをずっと向けておくと、量子ゼノン効果が起きて、原子核は崩壊しなくなり、放射線も出なくなるのか？実は、既に答えは知られていて、「NO」。

@QEnergyTeleport

ガイガーカウンター等で外から原子核を間接的にずっと測定する場合には、量子ゼノン効果は起きない。（正確には圧倒的にその効果は小さく無視できる。）量子ゼノン効果は、直接原子核に測定機のセンサーを当てて、それを観測し続けるような場合にだけ、生じ得るのだ。

@QEnergyTeleport

間接測定では、量子系のもつ情報に対して、熱力学的第２法則のような拡散が効いて、量子ゼノン（逆ゼノンも）は起きない。残念ながら、ずっとガイガーカウンターを地面に向けて連続測定していても、原子核は普通の半減期で崩壊し続け、放射線を出し続ける。

@QEnergyTeleport

なお量子ゼノン効果は、現在では量子工学分野への応用可能で、いろいろなアイデアが検討されている。またザイリンガー等の有名な無相互作用測定（Interaction-Free Measurement）の実験検証にも使用された。http://t.co/MdPyvl1E

@QEnergyTeleport

量子ゼノン効果の実験は既に沢山ある。だから連続的に観測すると動きが止まってしまう現象は、実際にあるのだ。人間が他人からずっと見られていると平静を保てず固まってしまうのと似ていて、面白い。

@QEnergyTeleport

量子力学と重力場：量子重力理論というものを構築することを、多くの研究者が試みている。これは量子力学と一般相対論の融合なのだが、現在では超ひも理論が有望な候補だとも言われている。

@QEnergyTeleport

現在行われているのは、基本的にひも理論と関係する統計力学モデルの分配関数を計算する研究が多く、重力自由度や宇宙の波動関数の確率解釈などの観測理論の研究は、非常に少ないし、また成果も出ていない現状。

@QEnergyTeleport

一般相対性理論を考えると量子力学は深刻な壁にぶつかる。例えば、シュレディンガーの猫の一般相対論版を考えよう。量子力学で記述される、ある１つの不安定原子が崩壊してγ線を出すと、それが引き金になってある巨大な星を爆発させるとしよう。

@QEnergyTeleport

爆発すると星の物質が散らばり、相対論のアインシュタイン方程式に応じて時空の曲がり方が変化する。つまり宇宙の形が変わる。この大きく変形してしまった宇宙の時空での時間一定面は、爆発しなかった時の宇宙のどの時間一定面と同じものはない。これは量子力学の確率解釈に致命的な壁になる。

@QEnergyTeleport

シュレディンガーの猫と同じように、不安定原子と宇宙の形の間 には量子もつれが生じるはず。しかしの波動関数に対して、どの宇宙の時間一定面での確率解釈も適用できない。このため量子重力理論の波動関数の観測問題は、非常に大きな壁にぶつかっている。

@QEnergyTeleport

普通のやり方で一般相対論を量子化しようとすると、普通のシュレーディンガー方程式は出てこない。波動関数の時間微分にiℏをかけたものが、ハミルトニアンに波動関数をかけたものに等しいのが普通だが、相対論の場合、この時間微分の項が消えてしまう。つまりHΨ=0という方程式が出てしまう。　

@QEnergyTeleport

一般相対論の正準量子化で出てくるHΨ=0という方程式はシュレーディンガー方程式と呼ばず、Wheeler-De Witt方程式と呼ばれる。波動関数にも時間の引数がなくなる。これはある意味当然なことで、宇宙の量子力学を物理的自由度として量子化することは、時空の量子化でもあるため。

@QEnergyTeleport

普通の量子力学では時間は別格扱いで、外部パラメータとしていつでも正確に時間一定面が設定でき、その一定面上で確率解釈を行えた。しかし時空全体を量子化の対象とすると、時間そのものも観測対象に取り込まれてしまうため、外部変数としての絶対的なパラメータでは無くなる。

@QEnergyTeleport

従って、一般相対論の波動関数には外部パラメータとしての時間変数は残りようがない。またこの事実は、ホーキングによって導入された経路積分法による定式化でも、自然に見える。

@QEnergyTeleport

経路積分では様々な形の宇宙に関して量子的足し上げをするため、各個々の宇宙の中に入っているそれぞれの時間の流れのどれかが選ばれて、それが波動関数に残ることができない。出てくる波動関数には時間変数が現れようがない。

@QEnergyTeleport

この波動関数の解釈の仕方は、ずっと昔から議論されているが、未だに大きな進展は出ていない状況。そのため量子重力や量子宇宙をどのように実験と結び付けて検証するかは、現在まで物理学において解けていない大きな問題の１つになっている。

@QEnergyTeleport

もちろんいろいろな仮説は提案されている。例えば宇宙の大きさを時間変数とみなして、それに対して他の自由度を確率解釈するなど。更にHΨ=0を古典場の方程式とみなして更にΨを場の量として再量子化する、宇宙の第３量子化理論などもある。

@QEnergyTeleport

現在の量子重力理論の問題点の１つに、局所的な重力波のどのように導出するのかというものもある。経路積分ではあらゆる形の宇宙（時空）を足し上げるため、局所的に励起である重力波のような自由度は一見無くなって、トポロジカルな自由度だけが波動関数に影響を与えるように見える。

@QEnergyTeleport

ところが、古典的一般相対論では重力波はもちろん許されており、間接的ながらその存在も、パルサーから重力波放出によって観測で確かめられている。この量子重力理論における重力波の行方不明問題も、とても面白い残された問題である。相転移等で古典的時空としての重力波が現れるのかもしれない。

@QEnergyTeleport

ともかく量子重力に対しては、量子測定理論が完成していない。この未解決問題を解くヒントは、やはり通常の量子力学の測定理論や量子情報理論のアイデアを深めることにあるように思えてならない。量子情報と量子物理との深い融合こそが、この問題に重要なブレークスルーを与えるのではないか。

@QEnergyTeleport

と、つぶやいてみる。

@QEnergyTeleport

超ひも理論などでは、量子力学には変更を与えずにできることを突き詰める。それでも結局解釈論で躓くのだから、実は量子力学そのものが、量子重力理論では変更されるのではないか。量子力学の変形拡張の仕事も、あまり世の中には存在しない。この研究の方向性も重要だろう。