意識解釈

意識を特別視した理由 

天才的数学者だったとされるフォン・ノイマン量子力学の数学的基礎を確立しようとした時、数学的な手段での解決が難しい問題がひとつだけあった。 それを無理矢理解決するために用いたのが射影仮説である。 射影仮説は量子論の理論としての整合性を保つために絶対に必要なので、量子論の建設者達が、気持ち悪いとは思いながら、論理の必然として導入したもの 使われない公理by東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻相関基礎科学系&東京大学大学院理学系研究科物理学専攻:清水明教授 である。

ノイマンの手法では、測定していないときは時間経過に伴って連続かつ可逆的な変化をするが、測定の時だけ不連続かつ不可逆的な変化である射影仮説を導入する。 つまり、標準理論の数学的手法において、測定だけが例外的な現象となる。 科学的定理においては、例外がない方が好ましいのだが、明確に定義できるのであれば例外があっても差し支えはない。 射影仮説では、計算上の手順は示されていたが、物理的にどのような現象なのか明確に定義されていなかった。 そのことが、様々な解釈論争を生み出した。 挙げ句の果てには、ノイマンが意識解釈を提唱したと主張する者まで現れた。

素人考えでは、ミクロ(微視的)な物質がマクロ(巨視的)な物質に干渉した時に例外が起きると考えれば良いように思える。 しかし、その場合、ミクロとマクロの境界が問題となる。 この境界を特定する根拠はない。 そうすると、例外を定義できる現象が見当たらない。 そうした中で、人間の意識に着目した者がいた。 量子力学に限らず、科学的測定には、必ず、人間の認識が伴っている。 そして、一見、人間の意識以外には例外を定義できる現象が見当たらないように見える。 それ故に、知性ある存在が現象を認識することで例外が起きると考えた者がいた。

ちなみに,この問題を突き詰めて考えると,ゲーデルの問題や「意識」の問題に突き当たるであろう. WignerやPenroseなど,多くの偉大な物理学者が,こういう問題に言及する(言及せざるを得ない)のは,このような理由によると思われる. たとえば,「そもそも,どんな論理体系であれば,このような問題が発生しないですむだろうか?」と言う問いを発して深く考えてみれば,誰でもこのような問題を一度は考えざるを得なくなるであろう. あるいは,そこまでいかなくても,有名な「Wignerの友人のパラドックス」(Wignerにとっての状態ベクトルと友人にとっての状態ベクトルが異なる)を考えてみれば,自分の意識だけを,上述の「いつも定まった値をとるようなダイナミックスに従うもの」として特別扱いするしかないようにも思えてくる. デカルトに習って,「我思う故に我あり」とするしかないと. これはいかにも気に入らないが,一旦それを承認しさえすれば決して矛盾が生じないことに気づき,唸ってしまうてあろう.

量子測定の原理とその問題点 by 東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻相関基礎科学系&東京大学大学院理学系研究科物理学専攻:清水明教授

尚、清水明教授は「一度は考えざるを得なくなる」とは言っているが、意識解釈を支持するとは言ってない。 意識解釈について「一度は考えざるを得なくなる」ことが量子力学の不思議な性質だと言っているだけである。 当初から、意識を特別視する解釈を積極的に支持する物理学者は少なかったであろう。 ただ、他に解決策が見当たらない故に、消極的に支持する物理学者はそれなりにいたかも知れない。 しかし、今日では、そうした意識に頼った解釈が無用の長物であることが明らかになっている。 他に解決策が見つかった今日では、積極的か消極的かを問わず、支持する物理学者はほとんどいないだろう。

ノイマンの主張 

ノイマンが意識解釈を提唱したと主張する者がいる。

物理学講師の吉田伸夫氏は、ノイマンが自著にて「人間のような意識を持った観測者」が測定すると波動関数が収縮することに言及しているとしながらも、 実は、ノイマンは、あくまで数学的に状態変化の式を記しているだけ シュレディンガーの猫 - 科学と技術の諸相 として、ノイマンが積極的に意識解釈を主張したとする考えを否定している。 「量子力学の解釈問題―実験が示唆する『多世界』の実在」の著者であるColin Bruce氏も、ノイマンが積極的に意識解釈を主張したとすることには、その著作の中で懐疑的な見解を示している。

ノイマンが「量子力学の数学的基礎」第6章で述べていることは非常にわかりにくいが、良く読めば意識解釈を肯定していないこと分かるだろう。 第6章の内容を簡単に箇条書きする次のようになる。

  • 観測と主観的な知覚は結びついている
  • 物心並行論は科学の基本的な要請である
  • 物心並行論では、測定する側とされる側の境界は任意の場所に設定できる
  • ノイマンが提唱した数学的手法では境界を任意の場所に設定できるから物心並行論を満足している

第1に,観測すること,あるいは,それに結びついた主観的な知覚の過程は,物理的環境にとって新しいなにか(Wesenheit)であって,これに帰着させることができないということは,それ自体としては全く正しい。


しかし,われわれの問題にするのが水銀の器までか,温度計の目盛りまでか,網膜までか,あるいは脳までか,ということにかかわりなくいちどは,これこれが観測者によって知覚されたといわなければならないのである.

「量子力学の数学的基礎」(ISBN-10:4622025094,ISBN-13:978-4622025092,著:J.v.ノイマン,訳:井上健・広重轍・恒藤敏彦)P.333-334

確かに、ノイマンは測定と主観的な知覚の関係について言及しており、両者が切り離せないことを指摘したものと見て良いだろう。 しかし、これだけでは、ノイマンが意識解釈を提唱したことにはならない。 ノイマンの主張を知りたければ、その後の記述がどのように書かれているかを読まなければならない。

しかしながらつぎのいわゆる物心平行論(Prinzip vom psycho-physikalishen Parallelismus)は科学的世界観にとって基本的な要請である

「量子力学の数学的基礎」(ISBN-10:4622025094,ISBN-13:978-4622025092,著:J.v.ノイマン,訳:井上健・広重轍・恒藤敏彦)P.333

物心並行論とは、物理現象と精神は並行しており、精神が物理現象に影響を与えないとするものである。 つまり、これは、意識解釈とは真逆である。 しかし、ノイマンが意識解釈を提唱したと主張する者は、ノイマンの言う物心並行論が本来の意味と真逆であると解釈する。 第6章の説明は分かりにくく、そのように解釈することも無理からぬことかもしれない。 しかし、ノイマンが本来の意味の物心並行論と正反対の理論を「科学的世界観にとって基本的な要請」であると認識していたとは到底考えられない。 何故なら、ノイマンは100年に1人と言われる偉大な数学者として知られており、その論理的思考力も極めて高いであろうから、科学者ではないからといって「科学的世界観にとって基本的な要請」を180°真逆に取り違えるとは考えられないからである。

ノイマンの物心並行論に関する説明を図にまとめると次のようになる。

ノイマンの鎖

この説明はわかりにくく、測定する側とされる側の境界をどこにでも設定できることが物心並行論の原理だと主張している理由は説明文からは読み取り難い。 しかし、常識で考えれば、意識解釈を前提とした場合、観察者の意識だけが特別な存在であり、測定する側とされる側の境界は意識とそれが認識する対象の間に固定されるはずであろう。 逆に、観察者の意識も他の物理現象と対等であるならば、当然、図の全ての箇所は対等となるはずである。 ノイマンの言う物心並行論が後者を指すものであることが明らかであるから、ノイマンは物心並行論が意識解釈を前提としないものであることを説明しているものと考えられる。

以上の通り、確かに、ノイマンは、人間のような意識を持った観測者が認識すると結果が確定することに言及している。 しかし、一方で、意識解釈に依存とすると「科学的世界観にとって基本的な要請」に適合しないことにも言及している。 ただし、ノイマンには、意識解釈を積極的に否定する意図があったかどうかは不明である。 しかし、持論が意識解釈に依存しないことを積極的に示しそうとしたことは疑う余地がない。 よって、ノイマンが意識解釈を提唱したとする主張は歴史的に明らかに誤った主張である。

意識解釈の終焉 

ノイマンの物心並行論は、量子測定理論ではさらにHeisenberg cutという考えに拡張される。

測定過程の模式図

図1のように,被測定系Sのある物理量Qを測る場合,Sを測定器の一部(プローブ系Pと呼ぶことにする)と相互作用させ,Qの情報を,Pのある物理量Rに「コピー」してくる. ここで,「コピー」と言ったのは,Qの値とRの値が相関するようにする,という意味であり,そっくり写し取るなら理想的だが,そうでなくても,何か関連付けば良い. そして,測定器の中には,このRの値を測る部分が付いている.Rの値は,Qの値と相関しているので,このRの値からQの値を推定することができる. その推定の仕方は,測定器の構造により決まるが,Rの測定値から,その推定のルールにのっとって求めたQの推定値を,ディスプレイとか目盛りとかに表示するのが測定器の動作原理である.

このように分解して考えると,Rを測る過程は理想測定と見なせるので,射影仮説が使える.(逆に言えば,公理より,理想測定と見なせる過程が存在するので,Rの測定が理想測定になるようにPを選ぶ!) つまり,理想測定と見なせる境目までは,量子論に従う系の一部として扱い,そこから先を考えることは,射影仮説により遮断する. それが,一般の測定過程の分析の仕方の処方箋である. この境目(「Heisenberg cut」と呼ばれる)の位置には任意性があるが,先の方にずらす分には,まったく同じ結果を与えるので,要するに,充分に大きな系を量子論に従う系として扱っておけば,結果には任意性は出ないのである.

量子測定の原理とその問題点 by 東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻相関基礎科学系&東京大学大学院理学系研究科物理学専攻:清水明教授


どの系にこれらを適用するかが問題なのです。

合成系

どこに適用するかで大きな違い(R. J. Glauber, 1963)

  • 被測定系Sに対して適用したのでは、実験と合わない場合がある
  • Sと測定器Aの合成系に対して適用すれば、実験と合う整合した理論に なる
  • そうすれば、測定器の誤差や測定の反作用も、きちんと計算できる

→R. J. Glauberが現代的な量子測定理論の扉を開いた(1963)


SとAの合成系をひとつの量子系として扱い「メーター変数」Rを測る

合成系

  1. SとAの相互作用により、合成系の状態が変わる→シュレディンガー方程式を合成系に適用
    • RとQの間に相関がある状態になる
  2. その状態の、QではなくRを、別の測定器(または観測者)で測る
    • 射影仮説を合成系の状態に適用(射影演算子はPˆQ(q)ではなくPˆR(r))
    • 測定後の状態が定まる(測定の反作用が求まる)
  3. Rの測定値rから、Qの値qを推定する
    • 有限の誤差が出る(測定誤差の大きさが求まる)

考えてみると、次のようになっているわけです:

ノイマンの鎖

A′は、別の測定器でもいいし、観測者の目でもいい。 このような構造を、von Neumann chainと呼びます。

量子論を使うときには、どこかに境目(Heisenberg cut)を設けて、

  • その左側を量子系として、量子論の諸原理を適用する
  • 右側は、左側に対する理想測定を行うデバイス

とするわけです。


ノイマンの鎖

von Neumannはこの性質を、psychophysical parallelismと呼びました。

結局、ある所にHeisenberg cutを設けることができる(その右側が左側に対する 理想測定を行うと見なせる)ならば、

  • cutの位置を、それよりも右側に移動することはできる
  • 左側に移動するのは、できるとは限らない

Modern Theory of Quantum Measurement and its Applications by 東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻相関基礎科学系&東京大学大学院理学系研究科物理学専攻:清水明教授

次の図のように、ミクロとマクロが明確に区別できると想定すると、その区別できる境目が全く見当たらない。

ミクロとマクロが明確に区別できる

しかし、次の図のように、ミクロとマクロは明確に区別できないと想定すると、問題は解決する。

ミクロとマクロは明確に区別できない

測定する側は、測定される側に一定の影響を与える。 これを避ける方法はない。 しかし、測定される側がマクロの物質で量子力学的性質が極めて弱い場合、測定する側から受ける影響は極めて小さい。 その場合は、測定する側と測定される側の境界にHeisenberg cutを設定できる。 Heisenberg cutより観測者に近い側が測定結果に与える影響は無視して差し支えない。 ようするに、Heisenberg cutより測定対象側だけで測定結果が決まると見なして差し支えない。 つまり、観測者の意識を特別視するまでもなく、測定対象(と測定器の一部)だけで結果が確定するのである。 シュレーディンガーの猫の思考実験についても、量子測定理論では次のように解釈される。

以上のことから,射影公準によれば,波束の収束は放射性物質とガイガーカウンター(の一部)の相互作用が終了する時刻にはすでに起こっており,この時刻で猫の運命は決まる. この観点からは,巨視的な猫の状態がどのように変化するのかは,測定終了後にどのような増幅過程が進行するのかという技術的な事柄にすぎない.

「量子という謎」(ISBN-10:4326700750,ISBN-13:978-4326700752,著:白井仁人・東克明・森田邦久・渡部鉄兵)P.15

量子デコヒーレンス等でも同様の説明は可能である。 ミクロからマクロへの連続的変化が否定されない限り、例外の定義に「知性ある存在の意識」が必要ない事実だけは揺るがない。

問題は、根拠を失った珍説の扱いである。 オッカムの剃刀で済めば話は早いのだが、それでは納得しない人もいる。 科学的に中立に考えれば、それは、初めから根拠のない珍説と同等かそれ以下でしかない。 しかし、人間は一度信じたことを、簡単には否定できない生き物である。 それ故か、今でも、こうした意識解釈は少数派の解釈として根強く生き続けている。

二重スリット実験の真相で説明した二重スリット実験もJ.Wheelerの遅延選択実験量子消しゴム実験も、いずれも、意識解釈を裏付ける証拠はない。 むしろ、意識解釈に不利な実験結果もある。 しかし、意識解釈派は、更なる珍説を持ち出して意識解釈を擁護する。 その結果、意識解釈を明確に否定できる証拠を見つけるのは困難である。

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