「量子力学ってどうも騙されているようで納得できない」人のための量子力学入門連ツイ

『日経サイエンス』の記者兼編集者、古田彩さんによる「量子力学ってどうも騙されているようで納得できない」人のための、日経サイエンス7月号「特集:量子の地平線」の前説連ツイ。まだ続くようなので、暫定まとめです。
科学 日経サイエンス 量子力学
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古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
本日書店に並んだうちの最新号は,がっつり量子論特集です。量子の基礎論に関する最近の議論を,立場を異にする3人の物理学者に書いて頂きました。(続) http://t.co/zVn8Ur3fkz
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古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
量子力学ってどうも騙されているようで納得できない,と思っている人は多いと思います。箱の中の猫は生きていて同時に死んでいるとか,すんごい離れたところにある2つの粒子がテレパシーしてるみたいに影響し合うとか,言ってること変だし。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
一向に分かりやすい説明が出てこない理由の1つは,量子力学の式は,物理的な意味がわからないからです。それを解いて,測定した時に何が見えるかを知ることはできるけど,式自体が何を表しているのかは想像がつかない。
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
これが相対論なら「光の速度は見る人によらず一定」,古典力学なら「加速度は力に比例する」という風に,式には物理的な意味があります。でも量子論はまず式ありき。ただその式が恐ろしいほど実験とよく合うので,みんな信じてるわけです。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
なので,量子力学の式をどう理解するかについては,すごく色んな見方があります。「測定した時に何がどんな確率で見えるかを予測する数学形式にすぎない」と考える人から,「見ていないものの状態を表し,そのすべてが実在する」と考える人まで千差万別。全然意見が合わない。
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
そんな量子力学,一体どう納得すればいいわけ? というのが,今回のテーマです。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
トップバッターの谷村省吾 @tani6s 先生は,量子力学の式はミクロな世界にある電子や光子などの物理を直接表す,という立場です。ただ,量子の式に直接物理的な意味を与えることはしない。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
その抽象的な数学的性質から,実際の物理現象がどんな風に立ち表れるかを追求していこう,という方向だと思います。(続) http://t.co/ALWn9oMUsf
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
量子力学には,見ていてもいなくても月は同じように存在するという「実在性」の有無や,銀河の端と端にある2個の粒子がお互いの変化を感じ取れるかのように振る舞う「非局所性」をどう理解するかなど,科学の議論からスベりそうな論点が色々ありますが,(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
そういう観念的に見える問題が,意味の解釈を排した数学のロジック(物理量の代数)だけで,スパッと整理されていくのが意外です。やり方としては「ドライでストイッ ク」(谷村先生)なのですが,初めは抽象的かつ天下り的に見えた数学も,読み進めるうちに何となく物理っぽく見えてきます。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
こう書くと難しそうですが,不思議なことに,記事は難しくありません。昨年谷村先生が書かれた「光子の逆説」を読んだ方は想像がつくと思いますが, 飄々とした語り口に騙されて,スルスルと読まされてしまう。読み終わった後で「何か凄いこと言われたようだ」と気づく。そんな感じ。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
高校生の方にも読んで頂けると思います。あー,ここまででかなり長くなってしまった。あまりTLを埋めても何なので,あとの2本についてはまた改めてご紹介します。(いったん了)
第2講
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
昨日の「量子力学ってどうも騙されているようで納得できない」人のための量子力学入門連ツイ http://t.co/RrkfOSI3eq 続きです。
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
谷村先生は,式に出てくる抽象的な数学概念こそが量子の世界の「本性そのものか,それに肉薄した概念」だと見ています。抽象的な数学を出発点に置き,そこから量子世界の特徴(例えば「測っていない物理量の値は存在しない」)を引き出すことで,数学的な本性を理解しよう,という方向です。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
次に登場する木村元先生は,量子力学の始まりが抽象的な数学のままじゃ納得できない,出発点を変え,物理的に実験できる原理から始めよう,と主張します。思い切った提案で,物理学者でも知る人は多くないと思いますが、量子の基礎論や量子情報の人の間で,最近興味を持たれている考えです。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
突然引き合いに出してアレですが、相対論だって「速く動くと時間は遅れる」とか,量子論に負けず劣らず変ですよね。でも物理学者は納得していて,「相対論は何を語るか?」なんて議論にはなっていない。それはなぜか。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
理論の出発点が物理的な原理だからです,と木村先生は言います。時速40キロの車に乗った人から時速100キロの列車を見れば時速60キロです。「でも光だけは自分が時速何キロで走っていても同じ速さ」と「光速度不変の原理」は主張します。しかもそれは何度も実験で確認されています。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
ならば速度を決める空間と時間の方が,見る人の速さによって変わるしかない。そんな具合に、最初から物理で始まってる理論は、その先の展開も直観的に納得しやすい。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
でも量子理論は出発点が「理由なき数学」(木村先生)になっている。だから物理的な直観が働かない。もし物理原理から始めて、今の量子論が言っていることを全部言えたら、誰もが「量子論わかった!」と思える・・・かもしれない。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
じゃあ何から出発したらいいのか。一番有望と思われているのは,情報の原理です。「こんな情報処理ができる」とか「これこれの通信は不可能」といった情報に関する原理から、量子論を引き出せないか。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
でもなんで情報?「情報」って抽象的というか技術的というか,量子力学とはあまり関係なさそうに見えます。ただどんな情報だって,何もないところには存在しません。電波の形とか,脳細胞の電位とか,紙に書いた文字とか、トランジスタとか,常に何かの物理的なモノに記録されています。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
情報を記したモノの状態を操作して変化させるのが「計算」,そのモノをあちこちにやって共有するのが「通信」です。どんな計算や通信ができるかは、情報を記録したモノが従う規則によって決まります。「どんな情報処理が可能か」は、物理法則によって決まるのです。(続)
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta
情報処理を物理の過程として解析する研究は60年代から盛んになりましたが,その頃は情報の物理というのは古典力学(熱力学)だと無意識のうちに想定していました。80年代にそれは量子力学でないとダメだ,と気づいた人がいて,情報の物理学に革命的変化が起きました。(続)
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コメント

e8o @e8o 2013年5月25日
> 量子力学の式は,物理的な意味がわからないからです。 > 式自体が何を表しているのかは想像がつかない。 「超球理論」できれいに説明が付いているよ。ググれ。
e8o @e8o 2013年5月25日
修正:「量子力学の式は,物理的な意味がわからないからです。式自体が何を表しているのかは想像がつかない」  →   「超球理論」できれいに説明が付いているよ。ググれ。
Shimaden⛄ÿú*゜司馬殿 ซิมะเด็ง @SHIMADEN 2013年5月26日
日常生活で見られる力学のような直感的な理解が難しくても、とにかく理論通りの現象が観測されているのだから理論は合ってるんだろう、という話ですよね。
名取宏(なとろむ) @NATROM 2013年5月26日
「超球理論」とは、南堂久史氏のサイトにしかないような理論ですね。平成の万能大学者「南堂久史」氏の量子力学の理解の程度については、 http://d.hatena.ne.jp/nuc/20060608/p4 (白のカピバラの逆極限 S.144-3)を参照。
名取宏(なとろむ) @NATROM 2013年5月26日
「超球理論」が、量子力学の専門家に肯定的に評価されているところを見たことがありません。南堂久史氏が医学について知ったかぶりでデタラメを言っているところから、量子力学についてもデタラメを言っていると私は推測します。要するにトンデモさんです。
アンキモ @MDMMMO 2013年5月26日
どうしても天下り的に納得しなければならない点があるからなぁ…例えば二重性なんてファインマンすら「釈然としない、そういうものだと自分に言い聞かせるしかない」と著書に書いていた記憶があるし。
白黒ダジャレうさぎ @DonnieTheDutch 2013年5月26日
「粒子性」と「波動性」を兼ね備えたのが「量子」。で「量子性が現れる境目がどこか?」というのが釈然としない理由の根本だと思いますが(未だにそれは解決されていない)
K.M@物理帝国原理主義 @Slight_Bright 2013年5月26日
あれ?まったく触れられてませんケド、「7月号」の日経サイエンスで取り上げたのも、無論ボーアの3論文の受理からちょうど100年http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_modelにあたるのを意識(記念?)して、ですよね。
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta 2013年5月26日
Slight_Bright あ、意識してませんでした(汗)。誌面でも全然触れてません。うちは割と年中無休で量子やってるので・・・
K.M@物理帝国原理主義 @Slight_Bright 2013年5月26日
ayafuruta いまからでも、ウェブの上だけでもこっそりと「ボーアモデル100周年記念特集」とかw。ぜひとも(笑)。
K.M@物理帝国原理主義 @Slight_Bright 2013年5月26日
まあもっとも、粒子性と波動性の観点で、ボーアモデルが「量子論」として原子モデルとしての一応の完成をみたのは、ド・ブロイ波の考えの登場を待たないとならない、とも。100年前の時点ではスペクトルを説明するだけでも画期的ではあったでしょうが。
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta 2013年5月26日
Slight_Bright でも皆さん、このまとめからうちのウェブに来て下さってるからバレバレです(笑)。
禁煙ポンスケ @janeway_tlr2 2013年5月26日
シューレーディンガー方程式やハイゼンベルグ不確定性原理を表わす式に触れ、同様に騙されているような経験をしたことあり。朝永振一郎博士の「光子の裁判」を読み、アインシュタイン博士の相対論を読んだ時の衝撃もこない、妙な感覚を覚えたもの。
禁煙ポンスケ @janeway_tlr2 2013年5月26日
その分野の専門家でもなく、上記に同じこと、ファイマン先生の解釈が記載されていますが、この世の物質は、「波動性と粒子性の両者を持つ物質なのだから仕方ないんじゃない、量子しかないんだから」と割り切ってます。そして、このまま納得、受け入れたまま死んでいきたいと思います。
luckdragon2009(rt多) @rt_luckdragon 2013年5月26日
量子力学は、概念をイメージしにくいですから、禅問答みたいな不思議な香り、の学門。
ktrst @ktrst 2013年5月26日
なつかしのイトケンクイズがサジェストされている…
大山椒魚(仁義なき係争中) @beszamel 2013年5月26日
南堂久史さんって、基本知ったかぶりですよ?ちょっとツッコムとすぐばれる。 一見もっともらしい表現を用いてるのですが、ほとんどのことはワカッテイナイ方です。
植松良憲 @uema2 2013年5月26日
Googleも量子コンピューターに手を出し始めたようだし、これから一層重要な学問分野になっていくんだろうなあ
ゴイスー @goisup 2013年5月26日
哲学と同じ土俵に乗る感じがするよね。「存在ってなんやねん?」ってところでさ。
橋本麻里 @hashimoto_tokyo 2013年5月26日
まとめ更新。お待たせしました。第二講を収録しました。
森 邦彦@7/20博ふぇす1日目C-28 @morikuni_net 2013年5月26日
第2講のクダリは http://www.youtube.com/watch?v=wBilQWKd1yU を視聴されるのがよいと思う。古田さんご自身による講義
地下猫 @tikani_nemuru_M 2013年5月26日
なんで数学が科学の役に立つのか、という問題があるのは知っていた。しかし、量子力学の場合は、数学から出発しているという状況なのねー。うーむー。
橋本麻里 @hashimoto_tokyo 2013年5月27日
まとめ更新。量子力学入門まとめ最終夜、ついに完結です(笑)。
豆腐小僧 @KatagiriSo 2013年5月27日
いくつ解釈を考えられるかのほうが重要なんじゃないかと思ってます。
はくまに・アーチボルト @haku_mania_P 2013年5月28日
ぶっちゃけると、私みたいな素人には「なんとなく面白いからそれでいいじゃん」で言いと思うんだよね。難しそうだからと変に忌避しないで興味持ってるだけでOK、的な。SFとかに出てきたらワクワクできるじゃん、くらいで。専門的なところは専門家に任せれば問題はないし。
Snaow @snaow 2013年5月28日
結局自分で数式いじらんと本当には理解出来ないと思う。
ささやん @sasayan3121 2013年5月28日
法則に対し物理現象の方が合わせてくれるってSF小説があったなぁ。知性を持ったウィルスが人間をグロテスクに変形させちゃうんだけど、それによって世界が平和になっちゃうという。20年前に読んだ小説なので、タイトルは忘れてしまった。
七誌 @7shi 2013年5月29日
モナドから値を取り出すモデルで波動関数の収束を実装、という電波を受信した。それで思い出したけど、日経サイエンスを買おうとしてたんだ。
橋本麻里 @hashimoto_tokyo 2013年5月29日
まとめ更新。「アフターサービス」を追加しました。
R.S.L.P@東方昭和伝外務省 @S_lunasa 2013年5月30日
量子力学は結局のところ数学的理論が中心に進んでいるから物理系には難しいと思うなの(
ななよ(七代) @nana4_japan 2013年5月30日
解析力学→井戸ポテあたりまでは結構慎重に進んだのですが、それ以降はBCS theoryあたりまで「数学的に解き進める」ってな感じでした。都度都度、教授から途中式の項の説明を要求されアタフタしたのも良い思い出。
Tsuyoshi CHO @tsuyoshi_cho 2013年6月1日
簡単には納得してないが、適度に納得している守破離でいうなら破も難しいので、ある程度は「なるほど」で受け入れてたり。とはいえイメージがある程度は掴めてないとダメだけどなんとかできてるかな。
ghsobo(5.11a) @8bu790tu1356ri 2013年6月5日
量子の地平線買いました。素人みたいな者ですが、最初に出てくる「粒子性・波動性」の言葉に惑わされたと思っています。実は水面の波とも電磁波とまったく性質が違うとの印象です。粒子と言ってもx(t)p(t)で現れる関数でもありません。
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta 2013年6月9日
谷村省吾 「『揺らぐ境界 非実在が動かす実在』を読んで いろいろ疑問が湧いた人のための補足」。ツイッターで寄せられた色々な質問へのお答えも載っています。 http://www.nikkei-science.com/?p=36490
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta 2013年7月14日
谷村省吾 「『揺らぐ境界 非実在が動かす実在』を読んで いろいろ疑問が湧いた人のための補足」が新しくなりました。ベルの不等式をしゃぶりつくす26ページ。ダウンロード無料です。 http://www.nikkei-science.com/?p=37107
Yu Yamaguchi @Yu_Yamaguchi_ 2014年1月12日
人間の意識は比喩で物事を理解する。相対論における時間軸も、空間軸の比喩で理解しているから、「伸び縮みする」が理解できる。比喩とは、よく知られた事物である比喩語で、よく分からない事物である被比喩語を説明する関係だ。ここでは被比喩語が「時間軸」、比喩語が「空間軸」。身の回りの物理ではない物理法則の数式の理解とは、この比喩を理解することと言ってしまってもいい。ところが、量子論には比喩語がない。それが全ての問題だろう。つまり問題は量子論ではなく人間の意識だと思う。
海彌@トンカツは信仰 @a_hibernant 2014年2月22日
超球理論とかググってみて、思わず吹いたw
語られざるもの、悉若無@神精宝具開発中(🌳)(💧)(💀) @L_O_Nihilum 2014年4月12日
かつて錬金術の論文や寓意書は、「重要な真理はヴェールに包んで、また不明瞭に、または難解に表現する」特徴があったらしい(引用:『錬金術大全』ガレス・ロバーツ著,目羅公和訳)。硫黄が男で水銀が女だとか、両者を受胎させて貴金属(=子)を産むだとか、エリクサーだかティンクチャーだとか。秘密にされる錬金術を乗り越えたはずの科学が、量子の世界に飛び込んでついに魔術論文と相違がなくなってきたってあたり、皮肉というべきか、回帰というべきか、そろそろわかんなくなってきたような。
語られざるもの、悉若無@神精宝具開発中(🌳)(💧)(💀) @L_O_Nihilum 2014年4月12日
その錬金術の世界では、太陽と月という男女の原理と地球と、4つの元素と3つの原素(地水火風、硫黄水銀塩)から神の作ったこの世のあり方を説明しようとした。けれどそれが今は宇宙のほんの片隅で、世界の部分的なものに過ぎなかった。量子力学もそうだとしたら、いよいよクトゥルフの世界しか知らないような「宇宙の外」も含めたうえで、この世という宇宙空間ごと「”世界中”」の一部分でしかない、ってことも見えてきちゃうんだろうか。
あえとす 7/28 和光市ボドゲ会 @aetos382 2014年5月1日
ayafuruta 「年中無休で量子」ってステキですね!
alan smithy @alansmithy2010 2018年11月9日
まとめた人がYMOリアルタイム世代というのは少なくともわかった
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