シュレディンガーの未発表手稿が量子力学における隠れた変数モデルを明らかにする

未出版で日付が記されていない手稿は、オーストリアの物理学者エルヴィン・シュレディンガーに属し、ウィーン大学のオーストリア中央物理図書館に保管されている。ジュネーブ大学の物理学者フラビオ・デル・セントによって、この手稿の検索と分析が行われ、シュレディンガーが量子物理学におけるランダムな結果についての見解を示した可能性のある日付が特定された。この草稿は『決定論の崩壊』と名付けられ、量子物理における主要な問題であるイベントのランダム性を探求している。量子理論は通常、測定の確率を予測するために用いられるが、具体的な結果を予測することはない。

物理学者たちは、この現象がその分野の知識の不完全さに起因するのではないかと考えてきた。例えば、コインを投げた結果は一見ランダムに見える。しかし、コインを投げる力や投げたときの風速の情報がわかれば、結果を信頼性を持って予測することができる。量子の世界では、多くの事柄が依然として不確定である。しかし、粒子がその行動を決定する情報を持っている場合、それはより予測可能または決定的になるのだろうか？

決定論と非決定論の議論

著名な物理学者の見解として、量子力学における決定論と非決定論の議論は物理学者を二つの派に分け、双方は自らの見解に固執している。アインシュタイン、デイヴィッド・ボーム、シュレディンガーは、科学史において決定論の擁護者と見なされることが多いが、デル・セントは彼らの立場は多くの人が想像するよりも微妙で対立的ではないと考えている。シュレディンガーの未発表手稿はその一例である。行動を決定する可能性を持つ量子粒子は隠れた変数と呼ばれ、この情報は科学者によって観察できない可能性がある。1932年、数学者ジョン・フォン・ノイマンは、隠れた変数を量子力学に追加すべきではないという結果を発表した。

第二次世界大戦中、イギリスの物理学者兼数学者テイラー・ホイッテカーは決定論に疑問を呈し、ノイマンの研究を引用し、偏光光が偏光器を通過する状況を例に挙げた。この設定では、偏光光と偏光器の間の角度がどれだけの光が通過するかを決定する。量子力学は結果を確率として表現する。しかし、ホイッテカーはこの仮定において隠れた変数の二つの値を使用し、偏光器が回転するときに生じる変化を再現できないと主張した。シュレディンガーの手稿はこの仮定への応答である。

シュレディンガーの代替案

シュレディンガーの著作において、彼は三ページの手稿でホイッテカーの推論に内在する制限を疑問視し、なぜ隠れた変数が二つの可能な値しか持たないのかを考えた。代わりに、彼は各光子に0から1の間の値を割り当てる代替案を提案した。これらの数値は入射する光束に均等に分布し、光子が偏光器を通過するかどうかはその数値と偏光器の角度によって決まる。この設定では、光子を通じて期待される伝送率が再現され、これはマリウスの法則を用いて予測できるが、各個別の結果は装置の設定と光子の提案された数値に依存する。

シュレディンガーの手稿は、初回の測定後に発生する問題、すなわち分布が変化することにも対処している。彼は、光子が伝送または反射された後にその数値を変更し、マリウスの法則に従って分布を回復する数学的規則を作成した。それでは、なぜシュレディンガーはこれを発表しなかったのか？デル・セントによれば、これはオーストリアの物理学者ハインリッヒ・ペルツァーが発表した論文でホイッテカーに挑戦したためかもしれない。ペルツァーのアプローチは異なるが、同じ見解を表現している。デル・セントは、この手稿がシュレディンガーが自然の決定論的見解を支持していると主張するために用いられるべきではないと警告している。

この未発表の作品は、モデルを支持するのではなく、議論のテストである可能性があると、デル・セントは分析論文の中で述べている。この論文はプレプリントサーバーarXivで見ることができる。

シュレディンガー手稿が量子理論に与える影響

シュレディンガーの未発表手稿は、量子力学におけるランダム性の問題に新たな視点を提供し、従来の隠れた変数仮説に挑戦している。この手稿は、シュレディンガーが量子粒子の行動について深く考察していたことを示しており、特に彼の隠れた変数に対する見解は、量子理論の本質に対する再評価を引き起こす可能性がある。手稿は未発表であるが、その内容は現在の量子物理学研究において啓発的であり、決定論と非決定論の間のさらなる探求を促進する可能性がある。