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2025年01月25日(土)29 tweets

10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

人類が生まれる前に外部観測者が地球全体を量子的な純粋状態に設定できるという壮大な思考実験を考えてみます。地球の量子状態の純粋性を保ちつつ、量子力学に則って地球の進化を追っていきます。すると地球の外にいるその観測者にとっては、たとえば「日本という島国のある時期に徳川家康という人物は実在したか？」という問いは意味を持たないことが分かります。 私たちは家康が生まれた歴史の中を生きていますので、家康の存在は確定的であり、普通は実在性の脆さを実感できません。でも我々自体をもマクロな量子系として扱う外部観測者にとっては、その家康の実在性という概念が崩れるのです。これらの思考実験の結果は、多世界解釈などの非標準的な変わった量子論での話ではなく、通常の標準的な量子力学の帰結です。このようにモノや人間の実在性は、決して強固な概念ではないのですね。 そもそも「在る」という直感を人類に養わせてしまった一番の要因は、物理学における様々な量の保存則です。つまりエネルギーや運動量、電磁気学に出てくる電荷の保存則、そして近似的に成り立つ原子数、粒子数の保存則です。見ていないときにも月が空に存在しているという感覚が拠り所にしているのは、それらの保存則の経験です。実際にはミクロ領域で粒子数などの保存則は破れていることが実験で知られています。また非常に大きな領域として、あちこちの空間領域に歪みのある膨張宇宙全体を考えると、普通の意味での物質のエネルギー保存則や運動量保存則も成り立ちません。一方でゲージ対称性に基づいている電荷の保存則では、今のところ実験的に破れている現象は見つかっていません。ただそれは必ずしも絶対なる物理法則のままとは限りません。観測では今の宇宙は弱い加速膨張を起こしていますが、理論的に考えると、その先にあるのは宇宙の相転移かもしれません。そのような相転移の後では、現在の電荷の保存則を保証している対称性も生き残るのか全く分からないのです。その対称性が自発的に壊れて、電荷の保存則も露わには成り立たなくなる可能性も理論的にはあるのです。 一般に保存則は、物理系の時間発展に対称性がある場合に生じることが、ネーターの定理として現代物理学では知られています。つまり時間発展、もしくはそれを生成するハミルトニアンやラグランジアンという量が対称性を持てば必ずある物理量に対する保存則が現れ、そしてその物理量が時間的に変化をせずに保たれるという性質に基づいて、「実在」という描像が出てくるのです。 しかしこれからの時代に量子コンピュータなどのマクロな量子制御系が実現されれば、その時間発展やハミルトニアン、ラグランジアンは人間が自由にデザインできるようになります。それに伴って、自分が勝手に選んだ物理量が短い離散的時間毎に保存するように時間発展を構成することも可能になるわけです。つまりAIにとって実在を保証する保存則も、人類は自由にデザインできる時代になると期待されます。もし将来の量子コンピュータが意識を獲得するAIになるならば、今のAIと同じように、人間が設計したその保存則に基づいた経験を通じて、量子AIは機械学習的に新しい実在概念を獲得していくはずです。人間の感覚とは異なる、AIにとっての実在概念をそのAI自らが構築し、それを利用していくのです。 こう考えてくると、人間が素朴に持っている実在の感覚はとてもあやふやなものだと、現代物理学では理解できます。空に浮かぶ月でも、その実在性はAIのように各人が後天的に獲得した感覚でしかありません。「実在」は、後天的に獲得した感覚。例えばお金も人間は無意識に実在と感じてますよね。国立印刷局で多数の紙幣が刷り上がっていくのを脇で目の当たりにすると、お金は幻だとわかると、昔「ミスター円」と呼ばれた元財務官僚の方が言っていました。それでもお金を無意識に実在と感じることは多いですよね。それはお金の近似的保存則をいつも日常で経験しているからだろうと思います。自分のお財布や銀行口座のお金の出入りで成り立つ程度の保存則です。でもマクロ経済で見れば、お金も、お金の価値も全く保存していないのです。このお金の例からも分かるように、「モノが在る」という近似的な、でも正確には正しくはない感覚を、AIのように人間は経験から学習しています。 ある国際会議のコーヒーブレイクでは、再会した友人たちと「物理学における実在とは？」という話で盛り上がりました。仲間の1人にはまだ２歳ちょっとの小さな子供が居て、その子供と家で面白い実験をしたのだそうです。ちょうど目の前に居た子供に「今パパが隣の部屋に居るかどうかを確かめてきて」と頼んだのです。その子供は、「ここにパパは居るのだから、隣の部屋には居ないよ」という反論もせずに、素直に隣の部屋に行って帰ってきて、「パパはいなかったよ」と報告してくれたそうです。つまり「パパがここに居れば、パパはあそこには居ない」という実在性の概念をまだその子供は持っていなかったという興味深い話でした。「実在」は幼児期の後に機械学習的に身に着けてしまった経験則に過ぎないということを強く示唆する面白い話でした。

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

古典力学の物理量xの確率分布の時間発展を記述するフォッカー・プランク方程式は、確率分布の滑らかな時間発展を与えますが、xを測定すればその確率分布は瞬間に変化しますよね。しかしこれを「観測問題だ！」と騒ぐ人はおりません。これと同様に量子力学にも観測問題は存在しないのです。 pic.x.com/BdyKoMrUNA

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

それは自分以外の他者が自分と同様に本当に唯1つの現象を体験しているのかを確かめる方法が存在しないためです。単に「ほんと各時間に自分も唯１つの体験をしてるよ」と答えられても、それは素粒子の集まりであるAIが、用意された解答をあるプロトコルに沿ってしているのと区別がつかないためです。

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

なお「量子重ね合わせにある自分自身を認知できない古典性がある意識を持った＜私＞が、世界の量子情報の独立背反事象の中から、各時刻に唯１つの事象を確率的に体験する」という部分は実証科学で証明できることではありません。

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

量子力学では「量子重ね合わせにある自分自身を認知できない古典性がある意識を持った＜私＞が、世界の量子情報の独立背反事象の中から、各時刻に唯１つの事象を確率的に体験する」ということが前提になっています。このことを忘れて議論すると、それが混乱の原因になりますのでご注意ください。

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

「「閉じた系」に対する観測＝ノンユニタリな時間発展」というのは、全く不思議な話ではありません。それは、観測者の意識の古典性から来ている性質です。

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

宇宙全体で考える必要は全くありませんし、実際実験室の実験では対象系の波動関数を準備しています。それがシュレディンガー方程式に則って時間を発展をしていくわけです。そして有限サイズの孤立系ですから外部に観測者を考えることできるわけです。（実際に実験者がいるわけですが。）

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

まずシュレディンガー方程式を満たす波動関数で記述される孤立系（閉じた系）は、それだけで初期に純粋状態へと準備できます。なんらかの理想測定を行って、同じ結果を出した多数の同一試料を用意すれば良いだけです。

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10時間前

Masahiro Hotta@hottaqu

「この宇宙は全体として閉じててユニタリに時間発展してるのに、その部分系では「閉じた系」に対する観測＝ノンユニタリな時間発展が起きてるってなんか変な感じする　矛盾は来さないのか？」この質問もよく物理学徒が悩むところです。それは単に波動関数やそのユニタリ発展の導入の仕方が悪いのです。

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2025年01月24日(金)29 tweets

1月24日

あひる@ahiru3298

お昼の読書。コペンハーゲン解釈。観測されていない電子は波として広がっている。観測するとその波は一瞬で収縮して粒子に見える。電子の波は電子が様々な場所にいる状態が重なり合ったもの＝状態の重ね合わせ。観測して収縮する場所は波動関数で確率的に決まる＝波の収縮 #読書 pic.x.com/NynuCKgQK5

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1月24日

The Prayer Royde ,Griffon@NZ91Fn6EmRa7zio

量子力学では粒子がさまざまな状態を同時に持つ「重ね合わせ状態」として存在するとされます。これらの状態は波動関数によって記述され、観測が行われるまで確定した状態にはならないと考えられています。観測行為が行われると、波動関数が「崩壊」し、特定の結果が現れることになります。 pic.x.com/C56YGh7P0R

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