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不確定性原理と決定論（ラプラスの悪魔）について
- 不確定性原理においては、電子を正確には観測する事は出来ない。観測という行為で結果が変わってしまうから。
- ラプラスの悪魔の概念は、干渉せずに電子の位置と運動量を知る存在がいれば未来が分かるという考え。
- 量子物理学的には電子の位置と運動量は観測される前は不確定である。未来は不確定であり、決定論は否定される。
- 唯野 猫助（@chitaniumu）
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- 物理学
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ラプラスの悪魔の否定という点で言えば、間違いではないと自分は思いますが、あなたの思い描いている物理的内実は、実際とは違う、という点は指摘します。 話を、量子力学だけに限ります。量子力学による量子効果を考慮しない物理を、ここでは古典物理と呼んでおきます。 二重スリット実験が導いた事を一番安全に言うと、「粒子に運動軌道は存在しない」です。これは、粒子の位置や速度が存在しない事とは違います。位置も速度も存在しないなら、そもそも量子「力学」なんか出来ません。 「粒子に運動軌道は存在しない」事を、不確定性原理と言います。二重スリット実験をこう解釈しない立場は、もちろんありました。しかし他の様々な量子効果も考慮して、このような解釈が妥当でないかとなって行きます。いちおうの決着をみるには、不確定性原理の提唱から、約50年を要しました。 位置や速度を、無限に正確に測定する事は可能です。不確定性原理の言ってる事は、「同時に」無限に正確に決定する事は出来ない、だけです。同時に無限に正確に決定できないので、粒子の軌道は確定しません。確定しない事と、軌道が存在しない事とは、別の話です。 古典物理では、粒子の軌道がある事は、自明に認められていました。そこで最初に気になるのは、粒子の軌道がある／ない以前に、粒子の軌道は本当に観測できないのか？という事です。もし観測できる状況を設定できたら、「粒子に軌道は存在しない」は、絵に描いた餅になります。そこで出てきたのが、一般に不確定性原理と言われる、ハイゼンベルグの思考実験です。 そこでは、古典物理的観測も量子効果（光が電子をキックする効果）のために、量子効果の制約から逃れられない事が示されます。ハイゼンベルグの思考実験は量子効果を考慮していますが、電子の軌道を想定しているという意味において、古典物理に属する（思考）実験です。古典的観測は成り立たないという、反例を示した訳です。 ※ ラプラスの悪魔は、完全に古典物理に則った古典的存在です。よってラプラスの悪魔は、この時点で否定される（悪魔も軌道を確定できない）、という意見もあります。 2重スリット実験からわかった事は、観測するまで（電子が蛍光板に衝突するまで）、電子はまさに「もやもやと」伝播し、どこに衝突するかは、確率的に計算できる、だけです。「もやもや」が正確にどういうものなのかは、未だに決着が着いていません。にも関わらず、「もやもやの伝播」はシュレーディンガー方程式から確定的に計算でき、衝突場所の確率も、シュレーディンガー方程式の解から、確定的に計算できる、という悩ましい状況です。 『そもそも観測前にはそこには確率が満ちているだけで何も無い』ではないです。「何かが」あるです。ここは譲れない所です。譲ると、物理をできない事になります。 軌道は確定しないだけなのか？／本当にないのか？は、粒子に対する知識不足で確定しないように見えるだけなのか？、それとも実在は本当に確率的存在なのか？、という話につながります。「長距離相関」により、『・・・つまり観測されるまでは〝不確定〟である』と言わざる得ないような事態が、現実にあるからです。 隠れたパラメータ理論は、みせかけ派です。もやもやの伝播から衝突地点への波束の収縮機構まで、全て因果的物理機構に説明できたら（もやもやの正体はわからなくても）、やはり粒子は確定した存在だと言えます。確率的に見えるのは、確定させる条件を完全に知るだけの観測技術を持っていないからです。実在が確率的でないなら、ハイゼンベルグの制約を突破する観測技術が、いずれ現れるかも知れません。ラプラスの悪魔も復活します。そこが「量子力学は不完全である」という、「EPR論文」の趣旨です。不確定性原理は、みせかけだったぁ～という話になります（本当に、こうであればよかったな）。 これには長い事、決着が着いていませんでした。不確定性原理，ボーアーアインシュタイン論争の約30年後に、みせかけの確率と、実在は確率的存在（原理的な確率）とする事では、粒子の観測結果に違いが生じるのがわかります。それを一つの不等式で表せるこ事もわかります。これをベルの不等式と言います。ベルの不等式が否定されれば原理的確率、そうでなければ粒子は、古典的に確定できそうなものになります。 ベルの不等式の検証（否定）実験は超精密実験でした。技術が追いつくまで20年を要します。最初に行ったのは、アスペですが、もう何回も追試されて、ベルの不等式の否定がほぼ確実になっています。現在のところ、実在は原理的に確率的存在である、が共通認識だと思います。それは観測レベルの問題ではありません。 以上の結果、量子力学が確定できる未来に対する条件は、古典力学より少ない事が導かれます。故に、未来は確率的なものになって、ラプラスの悪魔は再び否定されます。悪魔の否定は物理屋さんにとって（自分はそうじゃないですが）、たぶんお釣りです。
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- chiha2525
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間違いなのですが、難しいなｗ 話において、因果が逆なものがあります。 例えば「キリンは進化の結果、首が長くなった」と「キリンは首が長くなるように進化した」は、同じことを言っているように感じると思いますが、実はまったく逆のことを言っています。現在の進化論（進化説といったほうがよいのですが）では前者が支持され、後者は否定されています。 貴方の文章にもこれが散見されます。 たとえば不確定性原理、この理論があるから正確な観測ができない、というのは全くの逆なんです。位置と運動量を同時に正確に観測できない（など）という現象があって、それでわざわざ作り上げたのが不確定性原理。 また、隠れた変数論は二重スリット実験で否定されません。「量子がらみ」の話では否定されるのが分かると思うので、そちらを調べてみられるのが良いかな。
お礼
回答ありがとうございます！ 間違っていたのですか、残念です……(´・ω・`)ショボーン とりあえず、自力で『量子がらみ』のことは調べてみたいと思います。おそらくは理解できずにここで質問することになりますが（笑） ＞たとえば不確定性原理、この理論があるから正確な観測ができない、というのは全くの逆なんです。 そこなんですよ。結局後付け――というか、こじつけというか。そんな気がしてくるんです……。 二重スリットの実験だって、要は量子物理学の結果主義的な考えから、その実験結果を正しくするために、無理矢理この世界は観測前は確率と重なり合っていると言っているわけですから。こじつけみたいなもんじゃないですか……。 まぁ、そんな深いところになると、僕にはとうてい理解できないのでしょうね……。 さぁ――それはさておき、僕では『何故、決定論、及びラプラスの悪魔は不確定性原理によって否定されるのか』を説明することが出来無いということが分かりました。 ですので、もし差し支えがなければ僕の上記文を推敲、添削して、正しい文に変えていただけないでしょうか？ 面倒なようでしたら、新たに質問を付くってそこで他の人に答えて貰いますので、無理にとは言いません。 どうでしょうか？ なさらない場合は一言『推敲はしない』といってくだされば結構です。
お礼、ありがとうございます。補足、承りました。#1です。 そういうことでしたら、「常識」でいいのです。 一寸先は闇。それでいいのです。 物理学は、極端な場合まで考慮します。調べて考えての繰り返しです。物凄く奇妙なことも言います。 でも、それらは常識を覆すためではありません。 極論ですが、常識がどうして常識なのかを調べるのが物理学です。 りんごは落ちる。ティッシュペーパーも落ちる。重い物の方が速く落ちる。 それはどうしてなのかを突き詰めて考えるのが物理学です。決して常識が常識でないとは言わないのです。 啓蒙書読んで舞い上がった人が言うかもしれません。 「2階に住んでる人は1階に住んでる人は長生きなんだぜ！」 それがどうした、です。2階に住んで、何マイクロ秒長生きなの？ その見分けつく人がいるの？ 極端なことまで調べて考えて、結局は常識に帰って来るのが物理学です。どうして常識は覆らないかを調べるのが物理学であるとも言えます。 しかし、非常識の世界で遊ぶのも面白いことです。そういう知的興味は誰も否定できないでしょうね。
お礼
回答ありがとうございます。 それで、結局の所、上記の文は概括的には合っているのでしょうか？ 僕は下記のサイトの科学メニュー及び哲学メニューで見た事をまとめてみたのですが……。 http://www.h5.dion.ne.jp/~terun/gakuFrame.html
すみませんが、数式で言ってください。それについての日本語を添えて。自然言語だけでは、さっぱり分かりません。
お礼
回答ありがとうございます。
補足
ごめんなさい……それは無理です。僕の数学力は高一で止まっていますので（汗） 僕がまとめたかったのは、数学的な事ではなく文系的なまとめです。（まぁ、それでは意味が無いのでしょうけど） 要は、文章で文系の人間に『何故、決定論は不確定性原理によって否定されるのか』を説明するにはこの文でいいのかな？ って事です。 つまり、概括的にあってますかという話です。
お礼
毎度毎度、丁寧にありがとうございます！ これだけのしっかりした文で返していただけると、凄くためになります。ありがとうございました！