神はサイコロを振らない意味を簡単に|原文は?量子力学でアインシュタイン

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アインシュタインの言葉「神はサイコロをふらない」とはどういう意味なのでしょうか?

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神はサイコロを振らない意味を簡単に|原文は?量子力学でアインシュタイン

「神はサイコロを振らない」について未来はもう決定していることであり、それを知る神は何が出るかわかっているという意味ではありません。

原文では「 God does not play dice」。元はドイツ語で”Der Alte wurfelt nicht.”

「神はサイコロを振らない」とは量子力学で1個の電子の挙動について統計的手法を当てはめたことで作られた理論に対する、アインシュタインの批判的なコメントです。

Why did Einstein say "God doesn't play dice"?

不確定性原理(位置と速度は同時に決定できない)を確率的に解釈する人達へ向けた攻撃的な発言です。

不確定性原理はどういうことかというと、

位置を測るためには必ず何かをぶつけて、その跳ね返りを見る必要があるので、位置を観測したら、必ず対象物に影響を与えてしまうということです。

不確定性原理 - Wikipedia

いや、見れば位置は分かるからそんなことする必要はない!
→いいえ、光が対象物に衝突する際に、少なからず影響を与えてます。その衝突によって跳ね返ってきた光を見てるだけです。

つまり、対象物に影響を与えない観測はできない、ということです。

↑これにはいろんな解釈があるのですが、観測するまではどこにあるか分からないとか。だから確率的にしか解釈できないとか。

2重スリットの実験

アインシュタインもシュレディンガーも熱力学を研究していたので、波動関数やシュレディンガー方程式が熱力学の手法であることを承知していました。

ところが熱力学・統計力学は多数の粒子を扱うための手法です。これを1個の電子に当てはめることは科学的方法論として間違っているのです。

神はサイコロを振らないとはこのことを意味しています。また、アインシュタインの指摘はいまだに有効です。

量子論では、現象を確率として記述します。「そのようなことは間違っている!」と主張したのがその言葉ですが、最終的にはアインシュタインの負けに終わりました。

以下、実際の科学の発見の歴史とは若干異なる記述があるかもしれませんが、「確率論的解釈」をわかりやすく説明しようとすると、今ここで、大砲の弾を敵陣に向けて撃ちこむとします。このとき、弾の初速度、発射角度、空気抵抗値等等、関連するあらゆる物理量がもしわかっているなら、「理論上」は弾の着弾点は100%の精度で予測できるはずです。これは、条件が全く同じなら何回繰り返しても弾の着弾点は変わりません。
このような”常識的”な世界が「古典物理学」の世界です。

ところが、20世紀に入り、奇妙な現象が確認されるようになりました。

ある種の実験では、「全く同じ条件」で実験を行ったにも関らず、実験結果が同じにならないのです。「古典物理学」的な常識的考え方では、上の大砲の弾の例のように全く同じ条件で実験を行ったなら全く同じ結果になるはずです。(lavie_xxx999さんのサイコロの例がありますが、失礼ながらlavie_xxx999さんの考え方がまさに「古典物理学」の考え方なのです。たとえサイコロでも、「全く同じ投げ方」で投げれば当然同じ目が出るはずです。)

これは科学の世界でそれまで確認されたことのない現象だったために、大論争を巻き起こしました。
科学者達はこの不思議な実験を何度も繰り返し測定するうち、奇妙な法則性を発見しました。それは、この実験の結果は100%の確率で予測はできない代わりに、
「X%の確率で結果”A”になる」「Y%の確率で結果”B”になる」「・・・・・・
というように、”確率的”にのみ、どのような結果になるかが予測できるというものです。

このような法則性をボーア率いる「確率論」派は、
「実験を始めたときには実験結果がまだ”決まっておらず”、結果を”測定”した瞬間に結果AになるかBになるかなどが”確率的”に決まる」と解釈しました。
これはいわば「大砲を撃った瞬間には着弾点は”決まっておらず”、弾が”着弾”した瞬間にどの地点に着弾したかが決まる」とでもいうような考え方であり、世間一般の常識からはかけ離れた考え方です。

このような考え方はさすがのアインシュタインでも受け入れ難かったらしく、対抗して「隠れた変数理論」を提唱しました。これはカンタンにいうと
「先の実験で、『全く同じ条件』で実験をしたと主張しているが実はそれが間違いではないか。現在の人間の技術では測ることができない何かの物理量(=隠れた変数)が存在し、それが異なっていたために実験結果が異なったのだ」というものです。
大砲の例にすると、大砲の弾は鉄でできているなら例えば周囲の磁場の状況によって軌道が変わり、全く同じ条件で発射しても着弾点が変わってしまいます。しかし人間がもし”磁場”というものを知らなかったなら、「なぜ”全く同じ条件”で発射したのに結果が違うんだろう?」と疑問に感じるはずです。この例えでは「磁場」が「隠れた変数」となっているのです。

アインシュタインの考え方はより”常識的”です。そこでアインシュタインは「測定した瞬間に”確率的”に結果が決まる」とするボーアらの考えに対し、「神はサイコロをふらない」といって批判したのです。

現代物理学ではボーアらの考え方に軍配をあげつつありますが、厳密には現在に至っても未だ論争に決着がついていません。

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