天野清「量子力学史」、カント

天野清著「量子力学史」(自然選書 中央公論社 1973年刊)を読み終えた。ただし、付録を除く。筑波出張とその後の置き忘れというトラブルのために、その読みが中断していたのであった。今日読んだところは量子力学の核心に当たるところであった。§16 量子力学における物理的量の状態の概念、§17 観測と統計、§18 相反補足性(Komplementaritaet)、§19 相反補足性の概念、§20 相互排他補足性 --- (統計力学熱力学の関係)

ガリレイによって物理学の方法が確立して以来、実験は人間が観測したい量を計るための自然への積極的な働きかけである。そこでは、計りたい量に対応した装置が用いられる:カントは「純粋理性批判」第二版序文で、ガリレイトリチェリの実験の計画性を指摘して、自然から単に教えられる生徒でなしに、答弁を証人に強ゆる裁判官として向かうことを、言いかえれば理性が自ら自然のうちへ挿入した原理に則って自然において求めなければならぬことを、物理学における思考法の革命と呼んだ。

それは量子力学においても同じである。複雑なのは、人間が認識するには巨視的な装置を介在させ、最後には古典的記述にまで「射影」しないといけないことだ。観測過程における「電子」と観測装置との相互作用はもちろん量子力学で記述される。スクリーンでの位置の測定は、ある位置に置かれたスクリーン全体と「電子」の相互作用に他ならない。問題はそのスクリーンを構成している物質と「電子」の相互作用の記述がすこぶる複雑で あることだ。相互作用ハミルトニアンは書けても、「電子」とスクリーン分子が反応した後の黒点の巨視的な析出を量子力学的に記述することがすこぶる難しい。物理学が進めばできるかもしれない。

しかし、1点の位置観測で波束の収縮、などと大げさにいうのは納得できない。波動関数は「予測目録」である。何回も同じ実験をして何がどのような確率で起こるかを教えるものである。1回のイベントについては何もいう能力を持たない。それは量子力学の埒外である。

最後の章は量子統計の基礎についてであった。フォン・ノイマン、パウリ-フィールツ、エルザッサーが基礎的な貢献をしているらしい。ノイマン1929年「量子測定が一般には不可逆で、系のエントロピーを増大させる。」ことを証明した。一方で、彼は量子力学因果律を破っている、という間違った解釈を強調する。その数学は正しいのだろうが。

この本で紹介されているカントは鋭い。(何を今更!) 自然の客観的存在の前提として因果律がある、と言っている。量子力学ができはじめたころ、ウイーンを中心に経験批判論が流行り、観念論的な傾向が強かった。自然認識の主観的側面、自然の客観的存在を否定する傾向である。若くて当時の流行思想に敏感だったハイゼンベルグも不必要に自然認識における客観性を否定するかのような言辞を弄していた。フォン・ノイマンもそうだったのであろう。因果律の否定は自然の客観的存在を否定するための橋頭堡であったと考えられる。(2008/12/21記)