量子自殺と不死
量子力学の思考実験

量子自殺は、量子力学と物理学の哲学における思考実験である。シュレーディンガーの猫の思考実験を猫の視点から解釈することで、多世界解釈を除くあらゆる量子力学の解釈を反証できるとされている。量子不死とは、量子自殺を生き延びたという主観的な経験を指す。現実世界の死因にも適用できると推測されることもある。[1] [2]

思考実験として、量子自殺は、抽象的な設定を論理的帰結まで突き詰め、理論的な論点を証明するだけの知的訓練である。この現象について、特に一般向けの解説で記述した物理学者や科学哲学者のほぼ全員が[3]、この現象が人為的で理想化された状況に依存しており、実現が不可能あるいは極めて困難であること、そしてその理論的前提が多世界解釈の支持者の間でさえ議論の的となっていることを強調している。したがって、宇宙学者アンソニー・アギーレが警告するように、「生死に関わる問題において、この可能性に左右されるのは極めて愚か（かつ利己的）である」[4] 。

歴史

ヒュー・エヴェレット3世は、量子自殺や量子不死について著作の中で言及していない。彼の著作は量子力学のパラドックスを解決することを意図していた。ユージン・シホフツェフによるエヴェレットの伝記によると、「エヴェレットは、自身の多世界理論が不死を保証すると固く信じていた。彼の意識は、分岐のたびに死に至らない道を辿る運命にあると彼は主張した」[5] 。エヴェレットの伝記作家であるピーター・バーンは、エヴェレットが量子自殺（高額のロシアンルーレットをプレイし、勝った分岐で生き残るなど）についても個人的に議論していたと報告しているが、「しかしながら、エヴェレットがこの[量子不死]の見解を支持していた可能性は低い。なぜなら、それが保証する唯一の確実なことは、自分のコピーの大部分が死ぬことであり、それは決して合理的な目標ではないからだ」と付け加えている[6] 。

科学者の間では、思考実験は1986年にユーアン・スクワイアズによって導入されました。[7]ハンス・モラベックは1987年に[8]、ブルーノ・マルシャルは1988年にそれぞれ独立して発表しました。 [9] [10]また、ヒュー・プライスも1997年にこの思考実験について説明し、ディーター・ツェーに帰属させ、[11]マックス・テグマークは1998年に独自に正式に発表しました。[12]哲学者のピーター・J・ルイスは2000年に[2]、デイヴィッド・ルイスは2001年にこの思考実験について議論しました。 [13]

思考実験

量子自殺思考実験は、シュレーディンガーの猫に似た装置を用いる。これは、量子測定によって一定時間内に確率1/2で中の人間を死なせる箱である。[注 1]唯一の違いは、観察を記録する実験者が箱の中にいることである。この思考実験の意義は、生死が量子ビットに左右される者が、量子力学の解釈を区別できる可能性があるということである。定義上、固定された観測者には区別できない。[12]

最初の反復の開始時には、どちらの解釈においても、波動関数のノルムの二乗で与えられる通り、実験を生き残る確率は 50% です。量子力学の単一世界解釈 (広く受け入れられているコペンハーゲン解釈など)を想定すると、2 回目の反復の開始時には、波動関数はすでに崩壊しています。したがって、実験者がすでに死んでいる場合、それ以降の反復で生き残る可能性は 0% です。しかし、多世界解釈では、生きている実験者の重ね合わせが必然的に存在します (死んだ実験者も同様です)。さて、死後の世界の可能性を除けば、反復ごとに 2 つの実験者の重ね合わせのうち、生きている実験者だけが意識体験を持つことができます。個々のアイデンティティとその持続性に関連する哲学的問題はさておき、多世界解釈では、実験者、または少なくとも実験者の一種は、実験の結果が彼らが生きることである、すべての重ね合わせを通して存在し続けます。言い換えれば、実験者のあるバージョンは、実験のあらゆる反復を生き延びる。実験者のあるバージョンが生き延びる重ね合わせは、量子的必然性（多世界解釈の下で）によって生じるため、実現可能な任意の反復回数後でも、実験者のあるバージョンが生き延びることは物理的に必然的である。これが量子不死の概念である。[12]

実験者が生き残るという解釈は、コペンハーゲン解釈の含意とは著しく対照的である。コペンハーゲン解釈によれば、生存はどの反復においても起こり得るものの、反復回数が増えるにつれてその確率はゼロに近づく。一方、多世界解釈によれば、このシナリオは逆の性質を持つ。すなわち、実験者が生き残る確率は、反復回数に関わらず必ず1となる。[12]

マックス・テグマークは著書『Our Mathematical Universe』の中で、量子自殺実験が抽象的に満たさなければならない 3 つの基準を示しています。

  • 乱数ジェネレーターは決定論的ではなく量子的である必要があるため、実験者は死んでいる状態と生きている状態の重ね合わせ状態になります。
  • 実験者は、量子測定の結果を認識できる時間よりも短い時間スケールで、死（または少なくとも意識不明）にならなければなりません。[注 2]
  • 実験は実験者を単に傷つけるのではなく、確実に死に至らしめるものでなければならない。[14]

現実世界での実現可能性の分析

通常の死因における「主観的不死性」に関する疑問に対し、テグマークは、その推論の欠陥は、死が思考実験におけるような二元的な出来事ではなく、意識が徐々に低下していく進行過程であるという点にあると指摘した。彼によれば、現実の死因のほとんどにおいて、人はこのように徐々に自己認識を喪失していく。観察者が、それがあらゆる可能性を覆すものであると認識するのは、抽象的なシナリオの範囲内においてのみである。[1]上記の基準について、彼は次のように詳述する。「ほとんどの事故や一般的な死因は、明らかに3つの基準すべてを満たしておらず、結局不死であるとは感じられないだろう。特に基準2に関して言えば、通常の状況下では、死は生きているか死んでいるかという二元的なものではない。[…] 量子自殺が機能するのは、それが突然の移行を強制するからである。」[14]

デイヴィッド・ルイスの解説とその後の批判

哲学者デイヴィッド・ルイスは、2001年の講演「シュレーディンガーの猫は何人の命を持っているか？」の中で、量子不死の可能性を探求した。これは、彼が量子力学の解釈という分野に初めて学術的に進出したものであり、4ヶ月足らずで亡くなったため、これが最後の講演となった。2004年に死後に出版されたこの講演で、ルイスは多世界解釈を否定した。当初は理論的に魅力的であったものの、主に確率に関して修復不可能な欠陥があると主張し、代わりにギラルディ＝リミニ＝ウェーバー理論を暫定的に支持するに至った。ルイスは講演の最後に、量子自殺の思考実験を現実の死因に適用した場合、彼が「恐ろしい帰結」と呼ぶものが生じると述べた。多世界解釈によれば、すべての死因は究極的には量子力学的性質を持つため、観察者は主観的に「（自分が）遭遇するいかなる危険にも関わらず、永遠に生き続けることを確実に期待する」べきである。なぜなら、いかに可能性が低くても、生存の可能性は常に存在するからである。一方、生存と死の分岐事象に直面した観察者は、「生と死を等しく経験することを期待するべきではない」。なぜなら、死を経験するなどということはあり得ないからである。したがって、自身の期待は、生き残る分岐にのみ分配されるべきである。しかし、生存は保証されているものの、健康と完全性は保証されていない。これは、ティトノスのような身体の劣化を無期限に引き起こし、被験者は死の直前に永遠に留まることになる。[2] [15]

2004年に出版された著書『シュレーディンガーのウサギ』のインタビューで、テグマークはこのシナリオを否定した。「意識の薄れは継続的なプロセスです。自分が完全に不在になる世界線を体験することはできませんが、思考速度が低下し、記憶やその他の機能が薄れていく世界線に入ることはできます。[…] たとえ彼が一度に死ぬことはできなくても、ゆっくりと消えていくことはできると確信しています。」同書の中で、科学哲学者で多世界理論の提唱者であるデイヴィッド・ウォレス[16]は、死はテグマークが提唱するように時間だけでなく空間においても意識の減少する連続体として理解できるという根拠に基づき、現実世界の量子不死性を批判している。「我々の意識は脳内の特定の一点に存在しているのではなく、十分に大きなニューロン群が生み出す、あるいは全体論的な特性の一種であると考えられる。[…]我々の意識は灯火のように消えることはないかもしれないが、実質的に消滅するまで指数関数的に減少していく可能性がある。」[17]

ルイスの講演に直接反論した英国の哲学者で多世界解釈の提唱者であるデイヴィッド・パピノーは、ルイスの多世界解釈に対する他の反論は不十分だとしながらも、死亡状況において通常の確率規則のいかなる修正も正当化されないことを強く否定する。量子自殺の考えから確実な主観的生存が導かれるのは、主体が「次に何が起こるか、経験されるかどうかはさておき」というより明白な観点ではなく、「次に何を経験するか」という観点で推論する場合のみである。彼は次のように書いている。「エヴェレット主義者がなぜこのように強度規則[注3]を修正すべきなのか、その理由は全く明らかではない。なぜなら、生死に関わる状況においても、他の状況と同様に、修正されていない強度規則を適用することは全く可能であるように思われるからだ。もし彼らがそうするならば、それらの未来に生きた後継者が含まれているかどうかに関わらず、全ての未来がそれぞれの強度に比例して予測できることになる。例えば、自分が50対50のシュレーディンガーの実験の被験者になることを知っていたとしても、自分が生き残る未来の分岐を予測するのと同じくらい、自分が死ぬ未来の分岐を予測するべきである。」[15]

同様に、科学哲学者チャールズ・セベンスは、死は経験として期待されるべきではないというルイスの立場を引用し、量子自殺実験において「確実に生存を期待できると考えるのは魅力的だ」と認めている。しかし、量子分岐と死が完全に同時である場合にのみ生存の期待が成り立つと彼は述べている。そうでなければ、通常の死亡確率が適用される。「もし1つを除くすべての分岐で死が実際に即座に起こるなら、その考えにはいくらかの妥当性がある。しかし、もし遅延があれば、それは拒否されるべきである。そのような場合、あなたの複数のコピーが存在し、それぞれが（事実上）因果的に他のものから分離され、自分が生き残るという確信を与えることができる短い期間が存在する。生き残るのは1人だけだ。このようなシナリオにおいて、合理性はあなたに最大限の楽観主義を強いることはないだろう。」セベンスはまた、死が分岐と同時ではない可能性もあるが、それでも人間が実験の結果を精神的に認識できるよりも速い可能性についても考察している。繰り返しますが、エージェントは通常の確率で死亡することを想定する必要があります。「コピーは、問題を引き起こすほど長く思考し続ける必要があるでしょうか？[注 4]私はそうは思いません。もし生き残ったら、分裂後の短い期間、他のコピーと共存していたときに、どのような信念を割り当てるべきだったかを考えることができます。」[18]

哲学者イシュトヴァーン・アランヨシは、学術誌『ラティオ』で、「状態が現実の状態と確率の状態の両方であるという概念間の緊張関係は、量子力学の多世界解釈における最大の弱点とされている」と指摘しつつ、ルイスの不死性論に対する批判的な論評のほとんどは、その前提をめぐって展開されてきたと述べている。しかし、仮に議論のためにルイスの仮定を完全に受け入れたとしても、アランヨシは「恐ろしい帰結」が導かれることを強く否定する。むしろ、最も可能性の高い二つのシナリオは、アランヨシが「慰めとなる帰結」と呼ぶもの、つまり観察者がそもそも重病になることを決して期待すべきではないというシナリオと、「瞬間的生命」の描像、つまり観察者が「ほぼ完全に無意識状態で過ごす永遠の生命」を期待し、その間に極めて短い記憶喪失のような意識の瞬間が挟まれるというシナリオである。したがって、アランヨシは、「[2つの代替シナリオの]どちらかが、自己認識と両立する枝に関連する全体的な強度の大部分を獲得するかどうかを評価することはできないが、[...]それらが一緒に（つまり、それらの分離が）確かに最大のシェアを獲得することは確かであり、それは非常に安心できる」と結論付けている。[19]

多世界解釈の他の支持者による分析

多世界解釈の提唱者である物理学者デイヴィッド・ドイチュは、量子自殺について次のように述べている。「確率を適用するこの方法は、通常の方法のように量子論から直接導かれるものではない。それは、意思決定を行う際に、意思決定者が不在の履歴を無視すべきであるという追加の仮定を必要とする。……私の推測では、この仮定は誤りである。」 [20]

テグマークは現在、実験者は不死ではなく、通常の生存確率のみを期待すべきだと考えている。実験者の波動関数における確率振幅は大幅に減少し、これは実験者が以前よりもはるかに低い尺度で存在することを意味する。人間原理によれば、人は自分が存在する可能性が低い世界にいることに気づく可能性が低い。つまり、尺度が低い世界は、その人に観測される確率が低い。したがって、実験者が生き残る世界を観測する確率は、実験を設定した以前の世界よりも低くなる。[14] レフ・ヴァイドマンもスタンフォード哲学百科事典の中で、この尺度縮小の問題を指摘している。[21]ヴァイドマンは2001年の論文「確率と量子論の多世界解釈」の中で、行為者は量子自殺実験を受けることに同意すべきではないと述べている。「死んだ後継者を持つ世界の『尺度』が大きいことは、実験に参加しない十分な理由である。」ヴァイドマンは、死の瞬間性は実験者の主観的な生存を意味するように見えるかもしれないが、この特殊なケースでも通常の確率が適用されると主張している。「確かに、瞬間性は確率公理を確立することを困難にするが、他の幅広い状況でそれが正当化された後では、すべてのケースに公理を適用するのは自然である。」[22]

2013年の著書『The Emergent Multiverse』の中で、ウォレスは思考実験において主観的な生存を期待する根拠は「綿密な検証に耐えるものではない」と述べているものの、「死が哲学的に複雑であるがゆえに、私の反論は決定的な反駁には至らないと言えるだろう」と認めている。ウォレスは、何が起こるかという期待ではなく、経験への期待に基づいて推論する動機は存在しないように見えると改めて述べるとともに、意思決定理論による分析によって「確実な死よりも確実な生を選ぶ主体は、その逆よりも、重みの高い枝での生と重みの低い枝での死を合理的に選ばざるを得ない」ことが示されると示唆している。[3]

多世界解釈のもう一人の提唱者である物理学者ショーン・M・キャロルは、量子自殺について、世界が分裂する際に別個の人格が誕生するため、経験も報酬も未来の自分自身の間で共有されると考えるべきではないと述べている。さらに彼は、未来の自分自身の一部を「真の自分」として選び出すことはできず、量子自殺によっても一部の存在は断ち切られると付け加え、これは単一世界の場合と同様に反論に値する。[23]

多世界解釈に対する懐疑論者による分析

宇宙学者アンソニー・アギーレは著書『宇宙論公案』の中で、多世界解釈のほとんどの説明に個人的には懐疑的であるものの、「もしかしたら現実は実際にはこのように奇妙で、我々は瞬間的かつ二元的な死という形態の死を、実際に主観的に『生き延びる』のかもしれない」と述べている。しかしアギーレは、ほとんどの死因がこの二つの要件を満たしていないと指摘し、「もし生き延びることに段階があるなら、状況は全く異なる」と述べている。もし意識喪失が思考実験のように二元的であれば、量子自殺効果によって、観察者は主観的に眠りに落ちたり、麻酔状態になったりするのを防ぐことができる。麻酔状態になると、精神活動は大幅に減少するが完全に消滅するわけではない。したがって、ほとんどの死因において、たとえ外見上は突然であっても、量子自殺効果が成り立つならば、観察者は極めてあり得ない手段で完全に覚醒したままでいるよりも、徐々に意識が弱まる状態に陥る可能性が高い。アギーレは、量子自殺は全体として、多世界解釈と心の理論の両方に対する一種の不合理化と言えるかもしれないと付け加えている。そして最後に、心と時間の関係についての異なる理解は、必然的な主観的生存という奇妙な含意を排除するはずだと仮説を立てている。[4]

物理学者で作家のフィリップ・ボールは、著書『Beyond Weird』の中で、多世界解釈の批判者として量子自殺実験を「認知的に不安定」であり、確率を伴う多世界理論の難しさを如実に表していると述べています。ボールは、実験者は結果が起こる世界の「存在の尺度」に比例して結果を主観的に期待すべきだというヴァイドマンの主張を認めつつも、最終的にはこの説明を否定しています。「これは結局のところ、多世界解釈における確率の解釈に帰結する。もしすべての結果が100%の確率で起こるとしたら、量子力学の確率的性質はどうなるのだろうか？」さらに、ボールは、こうした議論は、確率の問題とは関連しつつも独立している、多世界解釈のもう一つの大きな問題、すなわち自己概念との不適合性を浮き彫りにすると主張しています。ボールは、多世界解釈における確率を正当化しようとする試みのほとんどを「量子確率とは、意識が一つの世界だけに制限されているときの量子力学の姿に過ぎない」としているが、「実際には、そのような制限を説明したり正当化したりする意味のある方法は存在しない」と述べている。量子測定を行う前に、「以前のアリス」の実験者は「量子力学を用いて、彼女に何が起こるかを明瞭に予測することはできない。なぜなら、意識の現在（激しく分裂する宇宙においては、意識の現在自体は存在しない）以外に、いかなる瞬間においても『彼女』について語る論理的な方法がないからだ。以前のアリスの知覚を[実験]後のアリスに結びつけることは論理的に不可能である。[…] [多世界解釈]は、私たちが経験できるもの、経験したもの、あるいは今経験しているものについての一貫した概念を排除する。」[24]

多世界解釈を批判する科学哲学者ピーター・J・ルイスは、この思考実験全体を、多世界解釈の枠組みに確率を組み込むことの難しさを示す例として捉えている。「標準的な量子力学は、様々な未来の出来事の確率を導き出し、これらの確率は適切な意思決定理論に組み込むことができます。しかし、現状の物理的に起こり得るすべての結果が確実に起こるとしたら、私は何を根拠に行動を決定すべきでしょうか？例えば、銃を頭に突きつけて引き金を引いたとしたら、エヴェレットの理論によれば、私は確実に生き残り、そして確実に死ぬことになるように思えます。これは少なくとも懸念すべきことであり、おそらくは理性的に無力なことかもしれません。」[25]ルイスは著書『量子オントロジー』の中で、主観的不死の議論を多世界理論から引き出すには、確率の理解、いわゆる「枝数え」アプローチを採用する必要があると述べている。このアプローチでは、観察者は「測定後、どの枝に行き着くのか」と意味のある問いかけができるが、これは実験的、経験的証拠によって排除される。なぜなら、このアプローチでは、十分に確認されたボルンの規則に一致しない確率が得られるからである。ルイスは代わりに、枝（あるいは同様に、各枝に「行き着く」人物）を数えることができない多世界解釈における確率を扱う最も有望な（ただし彼の判断ではまだ不完全だが）方法を、ドイッチ＝ウォレスの意思決定理論的分析の中に特定している。ルイスは次のように結論づけている。「不死性に関する議論は、おそらく、確率に関する枝数え（あるいは人数え）の直感と意思決定理論のアプローチとの間の根本的な矛盾を劇的に実証したものとして捉えるのが最も適切だろう。多世界理論は、それが実行可能である限りにおいて、永遠に生きることを期待すべきであることを意味するものではない。」[26]

参照

説明ノート

  1. ^最も単純な例は、 二準位系によって起動する兵器である。シュレーディンガーはこれを放射性崩壊検出器と呼び、モラベックは陽子のスピン値を測定する装置と呼んだ。
  2. ^ これは全会一致の見解ではない。後述するように、セベンスは、死は脳が実験結果を処理できる速度よりも速いだけでなく、瞬間的に起こるべきだと主張している。
  3. ^ 「強度則」とは、ルイスとパピノーが言うには、量子力学的事象における確率を割り当てるために使用される規則であるボルンの則のことである。
  4. ^ 「トラブルを引き起こす」とは、セベンスが言うには、必要な主観的生存への期待を台無しにすることを意味する。

参考文献

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  4. ^ ab アギーレ、アンソニー (2019). 「何が生き残るのか」.宇宙論公案.
  5. ^ ユージン・シホフツェフのエヴェレット伝記「キース・リンチの1979年から1980年の思い出」を参照
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