Was Schrödinger ever a determinist?

宇宙の偉大なるダイス・ロール（賽の目）

宇宙を、巨大でカチカチと時を刻む時計仕掛けの機械だと想像してみてください。何世紀もの間、科学者たちは、もしすべての歯車の位置と回転速度を正確に把握できれば、次に何が起こるかを永遠に予測できると信じてきました。この考え方は「決定論」と呼ばれます。つまり、未来は過去によってすでに書き込まれており、まるで撮影済みの映画が再生されるのを待っているだけのような状態であるという信念です。しかし、20世紀初面、量子力学という新しい科学が登場しました。それは、極微の世界においては、自然は時計仕掛けの機械のようには機能しないことを示唆しました。代わりに、自然はダイス（サイコロ）を振るような振る舞いを見せ、結果そのものではなく、何かが起こる「確率」しか予測できないのです。この「確実な運命」から「ランダムな偶然」への転換は、物理学の世界を根底から揺るがしました。

この時代の最も有名な科学者の一人であるエルヴィン・シュレーディンガーは、この新しい考え方を嫌った人物として記憶されることがよくあります。彼は、猫が同時に生きてもあり、かつ死んでいる状態にあるという不気味な思考実験で有名であり、多くの人々は、彼が量子力学的なランダムさがいかに滑稽であるかを示すためにそれを用いたと考えています。しかし、もし私たちが物語を読み間違えていたとしたらどうでしょう？ 量子波がどのように動くかを記述するあの有名な方程式を書いた人物が、実は最初から「ダイスを振る宇宙」の最大の支持者だったとしたら？ この問いが重要なのは、それが科学の歴史の見方を変え、「宇宙は本当にランダムなのか、それとも私たちは100年間、その手がかりを見落としていただけなのか？」という問いを私たちに突きつけるからです。

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理解されざる反逆者

長い間、歴史書はエルヴィン・シュレーディンガーを、古いやり方を手放そうとしない、頑固な守旧派、あるいは「反動的」な人物として描いてきました。アインシュタインのような他の偉大な名前と同様に、彼は自然が根本的にランダムであるという革命的なアイデアに対して戦った科学者のグループに分類されることがよくあります。物語によれば、シュレーディンガーは、宇宙がかつての時計仕掛けのモデルと同様に、依然として滑らかで予測可能な機械であることを証明しようと必死だったとされています。

しかし、この新しい論文は、この有名な物語が少し混乱していることを示唆しています。著者であるフラヴィオ・デル・サントとニコラス・ギシンは、シュレーディンガーはランダムさに抗っていたのではなく、実際にはその最初期かつ最も急進的な支持者であったと主張しています。彼の有名な方程式（粒子が波としてどのように動くかを記述するもの）は非常に滑らかで予測可能に見えますが、シュレーディンガー自身は人生の多くを、宇宙は実際には混沌とした統計的な混乱であると主張して過ごしました。彼は決定論を守ろうとしていたのではなく、決定論など最初から存在しなかったのだと皆に伝えようとしていたのです。

混沌への3つの論拠

この論文は、シュレーディンガーの古いエッセイ、特に「物理学における非決定論」を掘り下げ、量子力学が標準となる以前から、彼がランダム性を信じるための3つの巧妙な理由を持っていたことを示しています。

1. 「完璧な精密さ」という嘘
第一に、シュレーディンガーは、物事の出発点を完全に知ることは決してできないという考えを攻撃しました。古い「時計仕掛け」の観点では、ボールの正確な速度と位置を知っていれば、それがどこに着地するかを正確に予測できます。しかし、シュレーディンガーは、これは数学的なトリック、つまり「虚構（アーティフィス）」であると主張しました。速度を無限の精度で測定できると仮定することは不可能であると指摘したのです。現実には、古典物理学（日常的な事象の物理学）においてさえ、同一の初期条件が同一の結果をもたらすことはなく、同じ「統計」やパターンをもたらすに過ぎません。それは、嵐の中を落ちる葉の正確な経路を予測しようとするようなものです。たとえ風を完璧に把握しているつもりでも、測定不可能な微細な揺らぎがあるため、結果は常に少しの驚きを伴うのです。

2. 壊れた時計と一方通行の道
第二に、彼は物事が時間の経過とともにどのように変化するかを考察しました。古い観点では、自然は厳格で可逆的な法則に従うとされていました（惑星が逆方向に回る映画を再生しても、それは意味を成します）。しかし、シュレーディンガーは、自然は実際には「不連続性」と「不可逆性」に満ちていると主張しました。彼は、厳格な法則を信じることは「哲学的偏見」あるいは「古くからの慣習」であり、科学者たちが単にそれを手放すことを拒んでいるのだと呼びました。代わりに、彼は自然の法則は「偶然のゲーム」に近いものであると示唆しました。彼は、自然界のほとんどのものが一方通行の道であること（卵が割れるように、二度と元には戻らないこと）を指摘し、これは宇宙が厳格に書かれた台本に従っているのではなく、ステップごとにダイスを振っていることを示唆していると述べました。

3. 有限の情報限界
最後に、シュレーディンガーは情報に関する驚くべき議論を展開しました。彼は、自然は「はい」か「いいえ」の答え、つまり0と1の文字列（ビット情報）のような有限の数で構成されている可能性があると示唆しました。もし自然が宇宙のあらゆる詳細を無限の精度で記述しなければならないとしたら、無限の情報を必要とするため、それは不可能であると彼は主張しました。自然は保持できる情報の量に限界があるため、完璧に詳細な決定論的機械であることは不可能なのです。その代わりに、自然はいくぶん曖昧でランダムなものでなければなりません。これは、情報理論が正式に命名される数十年も前に、その概念を予見した非常に先見的な考えでした。

急進的な真実

論文は、シュレーディンガーの視点が実際には私たちが考えていたよりもずっと急進的であったと結論付けています。宇宙が巨大で不変の波であると信じる現代の科学者たち（エヴェレット派と呼ばれる人々）は、彼の式を用いてすべてが決定論的であることを証明しようとしていますが、シュレーディンガー自身は、その考えに呆れて目を丸くしていたかもしれません。彼は、物理学の「非決定論的」な性質は、量子力学が発見されるずっと前から明白であったと考えていたのです。

著者らは、シュレーディンガーの真の天才性は、宇宙が最初から時計仕掛けの機械ではなかったことを見抜いた点にあると示唆しています。彼は、「自然界で起こるすべてのことはランダムな出来事の結果である」と教えられたウィーンの科学者グループの一員でした。論文は、私たちが1世紀もの間、シュレーディンガーをランダムさの物語における悪役だと思い込み、誤読してきたと論じています。実際には、彼はその最も熱心な英雄の一人だったのです。彼は単に決定論の終焉を受け入れたのではなく、決定論こそが最初から神話であったのだと、私たちに伝えようとしていたのです。