What is Physics For? Why Classical Physics is not the Limit of Quantum Mechanics

一世紀以上にわたり、科学の歴史において最も成功した理論は量子力学である。それは原子からそれが放出する光に至るまで、宇宙で最も小さなものの振る舞いを支配するルールの集合体である。この理論が予測する実験結果は極めて精密であり、しばしば史上最も正確な理論と呼ばれるほどである。しかし、この勝利にもかかわらず、科学者たちは依然としてその理論が実際に何を意味しているのかについて合意できていない。数学は完璧に機能しているが、それが現実について語っている物語については、激しい論争の対象となっているままなのである。この混乱の中核にあるのは、単純な問いだ。「いかにして非常に小さく不確かな世界が、私たちの周囲に見える堅固で予測可能な世界へとつながるのか？」という問いである。標準的な答えは長い間、「私たちの日常の世界とは、単に量子世界の特別なケースの一つであり、ものが十分に大きくなった時に現れるバージョンに過ぎない」というものであった。この考え方は、古典物理学（日常の物体を扱う科学）が、まるで平らな地図が湾曲した地球儀の簡略化されたバージョンのように、量子力学の一つの限界値であることを示唆している。

新たな論文は、この心地よい仮定に異議を唱えている。物理学者と哲学者によるチームは、私たちが直面している深い謎は、量子力学自体によって作り出されたのではないと主張している。むしろ彼らは、これらの謎は以前から古典物理学の中に明白な形で隠れていたのだと指摘している。著者らは、量子力学を理解することが困難な理由は、それが旧来の世界のルールを破っているからではなく、私たちが気づかないうちに抱いていた「古い世界についての前提」に向き合うことを強いているからだと提案している。彼らの議論によれば、誰が見ているかに関係なく存在する完全かつ客観的な現実という概念は、科学的事実ではなく、哲学的な選択肢なのである。物理学の歴史と測定の本質を検証することで、研究者たちは、観察者と被観察者の間の境界線は常に盲点であったのであり、量子力学はその盲点を無視不可能にしただけであると示したのである。

論文はまず、異なる理論間の関係について、科学者が通常どのように考えているかを考察することから始まる。多くの物理分野では、より新しく複雑な理論には、古い理論が特殊なケースとして含まれている。例えば、非常に速い速度を扱う相対性理論は、遅い速度における運動の古い法則を含んでいる。同じことが量子力学についても当てはまると想定するのは自然なことである。つまり、固形物の古典的世界は、量子効果が目立たなくなるほど小さくなったときに起こることである、とする見方だ。著者らは、この視点が多くの実用的な場面で有用であることを認めている。しかしながら、他の例とは異なり、量子力学を古典物理学へと変換するための唯一の普遍的な方法が存在しないことを彼らは指摘している。さらに重要なことに、問題は単なる数学的側面ではなく、それらの理論が私たちに対して現実について何を告げているのかという解釈の問題であると彼らは主張している。

古典物理学においては、世界がどのようであるかを想像することは常に容易であった。私たちは、岩石がそこにいるかどうかにかかわらず、特定の位置と速度を持っていると想定する。車が通り過ぎるのを眺める人物のように、観察者は観察される対象から切り離されていると考える。論文はこの分離が錯覚であると論じている。著者らはこの考えを18世紀の哲学者イマヌエル・カントまで遡って追跡しており、彼は「私たちは自分自身の精神から独立した、『もの自体』としての世界を正確に知ることはできない」と指摘した。私たちは感覚や探究の方法を通じて捉えた、現象としての世界を知るしかないのである。古典物理学において、この哲学的な問題は概して無視されてきた。なぜなら当時の技術により、測定が調査対象となる物体を乱さないかのように装うことができたからである。科学者たちは、あたかも誰も所有していない「どこでもない場所からの視点」、すなわち完全に客観的な視点から世界を見ているかのように振る舞うことが可能だったのである。

量子力学はこの錯覚を打ち砕いた。量子の世界では、何かを測定するという行為がそれを変化させてしまう。粒子の位置を測定しようとすれば必ずその速度に影響を与え、システムを観測しようとすれば必ずそれに干渉してしまう。論文は、これが技術的な欠陥や計器の限界ではなく、自然界の根本的な特徴であることを強調している。研究者たちの主張によれば、これは量子世界が魔法のようなものであるとか、あるいは古典物理学が間違っているという意味ではない。そうではなく、我々から完全に切り離された存在としての現実という古典的な概念は、当初からこれほど強固なものではなかったということである。「客観性」という名のブラインドスポット（死角）は常にそこにあった。ただ、量子世界が現れたことで、もはや無視できなくなっただけなのである。

著者らは、この視座を支持するために二つの主要なアイデアを探求している。第一は、主観（観察者）と客観（観察されるもの）の分裂である。古典物理学では、測定を行う前からオブジェクトは独自の性質を持って存在すると想定される。一方、量子物理学では、システムの特性は測定が行われるまでは確定した状態で存在しないことが多い。論文は、これは新しい発見ではなく、古くからの真理の明確化であると示唆している。たとえ古典物理学であっても、私たちが測定する属性は、対象物と観察者の相互作用の結果である。私たちはこれまで、（観察者の寄与分を引き算することで）純粋な対象物を得られると考えていただけだった。しかし、量子力学は、そのようなことは不可能であることを教えてくれる。観察者はシステムの一部であり、記述される現実は相互作用によって共同創造されるものである。

第二のアイデアは、私たちがどのように世界を表象するかに関するものである。私たちはよく、科学モデルを現実を映し出す絵や地図のように考える。理論は写真のように、世界の忠実なコピーであるとイメージする。論文は、これは誤解であると主張している。科学モデルは鏡ではなく、ツール（道具）である。それらは予測を行い、世界をナビゲートするために設計されており、孤立して存在する現実のスナップショットを提供するためのものではない。著者らは、古典物理学においても、使用される数学的手法は抽象的なものであり、描写している対象そのものとは姿を変えていることを指摘している。例えば、複素数空間を用いて惑星の運動を描写する場合、その手法が示す不可視の空間の中を惑星が実際に動いているわけではない。モデルとは経験を整理するための手段であり、隠された現実への直接的な窓ではないのである。

この思考の変化がいかに働くかを説明するため、論文はこれらの理念を受け入れている二つの具体的な量子力学の解釈を取り上げている。一つはフリッツ・ロンドンとエドモンド・バウアーによる1939年の研究で、彼らは現象学という哲学の系譜を用い、観察者と観察されるものは不可分であると論じた。彼らは、量子形式メント（公式）にはすでに、私たちが世界といかに関わるかについての理論が含まれており、それは分離された客観的な現実という概念を拒絶するものだと示唆した。もう一つの例は、QBismと呼ばれる現代的な解釈である。この視点は、量子力学を外部世界の記述としてではなく、主体が自らの体験に対する期待を管理するためのツールとして扱う。この見方において、量子状態の「現実」とは外側に待ち構えて発見されるべきものではなく、それを使用する個人に固有の行動指 der 指針なのである。どちらのアプローチも、伝統的な意味での「古典物理学は量子力学の制限である」という考え方を否定している。代わりに、量子力学は、古典物理学が常に言おうとしていた内容を再検討するように促しているのだと示唆している。

また、本論文は計測学（メトロロジー）という分野との類似性を引き合いに出している。長年、計測学者はあらゆる測定は、プロセスから独立して存在する単一の隠れた「真の値」を見つけ出す試みであると考えてきた。もし誤差を十分に減らすことができれば、その完璧な値を突き止められるはずだと信じていたのである。しかしここ数十年間、この見解は変化してきた。現代の計測学では、測定結果は保有する情報に基づいた最善の知識を反映する確率分布として扱われている。「真の値」はもはや掘り出し待機している隠れた宝物ではなく、データを整理するためのコンセプトとして認識されている。著者らは、こうした転換は量子力学の手助けなしに計測学の中で既に起きていたことを挙げ、客観性と表象に関する哲学的な問題は、古典科学の中に最初から存在していたことを証明していると述べている。量子力学は、それらの問題を表面化したに過ぎないのである。

最終的に、論文は結論づけている。古典物理学と量子物理学の間に生じている緊張関係は、量子世界が壊れている、あるいは古典物理学が時代遅れであることの兆候ではない。それは、科学がどのように機能するかについての私たちの哲学的前提を更新する必要があるというサインなのだ。著者らは、量子力学を「切り離された客観的な現実」という古い箱に無理やり押し込もうとするのを止めるべきだと主張している。代わりに、私たちの知識は常に観察者と観察されるもののパートナーシップであることを受け入れるべきであるとしている。これは、科学が主観的になったとか、現実が捏造されたものであるという意味ではない。それは、私たちが知り得る現実は、世界との相互作用の中から立ち上がるものであるという意味である。「どこでもない場所からの視点」という概念を手放すことで、量子力学は古典物理学と決別するのではなく、古典世界の中に元から存在していた、理解されるのを待っていた深淵な領域を明らかにするのである。

この視点の含意は研究所の外側にも及ぶ。論文は、切り離された客観的な現実という概念にしがみつくことは、科学の世界と人間体験との乖離を生む可能性があると示唆している。科学モデルを、私たちから切り離された現実を映し出す完璧な鏡として扱うとき、私たちはそれらのモデルが人間の目的のために作られたものであるという事実を忘れるリスクを負うことになる。私たちは、実際の生活にとって疎遠で無関係に感じられるような、抽象的な方程式の世界を作り上げる危険性にさらされる。私たちの知識は常に状況に置かれたものであり、観察者はストーリーの一部であることを認識することで、科学の世界と人間の世界の間の溝を埋めることができる。この論文は、新しい物理学の理論や新しい一連の方程式を提示するものではない。その代わりに、私たちがすでに持っている理論に対する、新しい考え方の枠組みを提示しているのである。量子力学の神秘は、隠されたメカニズムを見つけ出すことで解決すべきパズルではなく、私たちが現実を理解する方法の根底そのものを再考せよという呼びかけなのです。