世界の基本は二重螺旋で表現可能？

「シュレーディンガーの猫」は、量子力学が引き起こす奇妙な現象を説明する際の例示に用いられる有名な思考実験です。

「シュレーディンガーの猫」とも「シュレディンガーの猫」とも呼ばれる実験とは、量子力学の問題点を突く思考実験として、物理学者のエルヴィン・シュレーディンガーが1935年に発表したもので

した。

この実験は、当時多くの科学者や哲学者を巻き込んだノイマン-ウィグナー理論に対する反論でした。

今となってはややこしい割に専門外の人には、はっきり言ってどうでもいい議論なので詳しい話は省きます。

ようは、実験結果の検証や認識にかかわる議論だったとだけ言っておきます。

気になる人は、ノイマン-ウィグナー理論で検索してみてください。

結果は、起こり得ると言うものでした。

その実験と言うのはこういうものです。

あくまでも、もし行ったらどうなるかをシュミレーションするのであって、本当にやるわけではないので誤解しないでください。

蓋のある箱を用意して、この中に猫を一匹入れます。

この箱の中には、放射性物質のラジウムを一定量と、ガイガーカウンターを1台、青酸ガスの発生装置を1台入れてあるものとします。

箱の中にあるラジウムがアルファ粒子を出すと、これをガイガーカウンターが感知して、その先についた青酸ガスの発生装置が作動する設定になっています。

ラジウムからアルファ粒子が出なければ、青酸ガスの発生装置は作動せず、箱に入れられた猫は生き残ることになります。

一定時間経過後、果たして猫は生きているか死んでいるか、というわけです。

この系において、猫の生死はアルファ粒子が出たかどうかのみにより決定すると仮定します。

アルファ粒子は、原子核のアルファ崩壊にともなって放出されます。

このとき、例えば箱に入れたラジウムが1時間以内にアルファ崩壊してアルファ粒子が放出される確率は50%だとします。

この箱の蓋を閉めてから1時間後に蓋を開けて観測したとき、猫が生きている確率は50%、死んでいる確率も50%となります。

したがって、この猫は、生きている状態と死んでいる状態が1：1で重なりあっていると解釈しなければならなくなります。

我々は経験上、猫が生きている状態と猫が死んでいる状態という二つの状態を認識することができます。

けれども、このような生きている状態と死んでいる状態が重なり合っているような、重なりあった状態を認識することはありません。

これが科学的に大きな問題となるのは、例え実際に妥当な手法を用いて実験を行ったとしても、観測して得られるのは実験結果は既に出た結果だということです。

重なり合ってない状態しかでない実験結果では、本当に知りたいことは重なりあった状態だったのにやった意味がなく、検証のしようがないということでなのです。

シュレーディンガーは量子力学の確率解釈を容易な方法で巨視的な実験系にすることができることを示し、そこから得られる結論の異常さを示したのでした。

シュレーディンガーは、これをパラドックスと呼びました。

現在では、「シュレーディンガーの猫」のような巨視的に量子力学の効果が現れる実験系が知られてます。

巨視的量子現象のなかで最も注目されているのが、ボース-アインシュタイン凝縮です。

ボース-アインシュタイン凝縮は、巨視的な数の粒子が同一の基底状態を占有し、巨視的なスケールにわたって量子力学的な位相を揃えた状態です。

超伝導現象や液体ヘリウムの超流動現象なども、ボース-アインシュタイン凝縮の結果として理解することができます。

超伝導現象は超電導現象とも呼ばれ、リニアモーターカーなどで知っている人も多いことでしょう。

実用化としては、地味だけど鉄道の送電線にも近年では使われ始めて省電力になることが期待されています。

液体ヘリウムの超流動現象とは、容器の中から勝手に流れ出してしまうとっても奇妙な現象です。

話を戻しましょう。

古典確率では説明できない相関やそれに関わる現象を漠然と指す用語として、量子もつれと言う言葉がもちいられます。

現在では、アルベルト・アインシュタイン、ボリス・ポドルスキー、ネイサン・ローゼンの３人の思考実験が提起したことにちなんで、頭文字をとってEPRパラドックスと呼ばれるアインシュタイン

＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックスの方がはるかに有名です。

このEPRパラドックスにちなんで、このような量子もつれ状態はEPR相関と呼ばれています。

「シュレーディンガーの猫」のパラドックスは、しばしば量子もつれと関連つけて語られます。

それと言うのも、量子もつれとは、状態の重ね合わせとして紹介されるけど、混合でもなければ、相互に打ち消し合ってしまうこともなく、どちらの状態も独立に存在しつつ重なり合っている状態な

のです。

　まさに、生きている状態と死んでいる状態が1：1で重なりあっていると解釈される「シュレーディンガーの猫」ですね。

このような、どちらの状態も独立に存在しつつ重なり合っている状態は、二次元では表示が困難です。

でも、三次元で表現したらどうなるでしょう。

　二次元では波動として表現されるが、三次元では螺旋(らせん)になる可能性がある。

電子は、パウリの排他律で一つの軌道に２つと決まっています。

二次元の波動では、スピンの上向きと下向きで重ね合わせでは打消しを連想しそうになるけれど、実際にはどちらの電子もあります。

もしかすると、二重螺旋モデルの方が適切かもしれないですね。

銀河系中心の磁場を調べて、二重螺旋の星雲が、銀河面に対して垂直な中心軸のまわりを回転しているという結論を導き出したと言う報告もあります。

　二重螺旋と言えば、少し前まではDNA位しか知られていませんでした。

ロスアラモス国立研究所の物理学者であったアンソニー・ペラットは、集合したプラズマが合体して銀河と同じ螺旋構造を形成するのを発見したという情報を友人のブログから得たと言います。

パルス発電機でX線放射の実験を行っていた時に、発生したプラズマ・フィラメントが互いの磁場で引き寄せられて集合、合体したら、螺旋構造になったそうです。

量子もつれもまた、二重螺旋で表現したほうが良いのかも知れません。

　二重螺旋で表現すれば、重ね合わせであっても、どちらの可能性も打ち消されない。

そういえば、生命現象自体も、新陳代謝で新しく生まれる細胞もあれば死んでいく細胞もあるわけです。

成長期を除けば、生まれる細胞も死ぬ細胞もほぼ同数と見ても良いでしょう。

神経細胞のように、一生ものの細胞もありますけどね。

　生命活動自体が、生と死の重ね合わせと言える。

もしかすると、二重螺旋で多くの現象は理解できるかもしれません。

　直交してる電場と磁場、あるいは、電界と磁界の中を、それぞれの波動が伝播していく描像が一般的だけど、ひょっとしたら二重螺旋で表現可能かも知れない。

電場から磁場、磁場から電場が生まれていくさまは、まるで、DNAの複製過程さながらですからね。

具体的な過程にはもちろん差はあるけど…。

そうやって、新たな電磁波や電磁場が生まれていくわけですから。

追記

興味惹かれる研究成果がありました。

二重でこそないが、螺旋構造の探求に新たな展開です。

「右巻き、左巻きらせん」電子雲の歪み配列の可視化に成功 | 理化学研究所