ロジャー・ペンローズ：量子論とは何か？

量子論と相対性理論とのダンス：ペンローズのビジョン。 量子論は、最小の粒子の挙動を説明する能力で長い間注目されてきましたが、銀河系全体と時空の構造を支配する一般相対性理論の広大で広範な法則と衝突することで有名です。このパズルの中心には、量子論は実際に何を意味し、その規則は相対性理論の規則と共存できるのかという深い疑問が存在します。 量子の世界では、重ね合わせの原理により、粒子は一度に複数の状態で存在することができると主張されています。しかし、この原理は奇妙なシナリオにつながります。シュレーディンガーの猫が生きていると同時に死んでいること、または単一の物体が2つの場所に存在することを考えてみてください。私たちの日常の現実には決して現れないことです。一般相対性理論で説明されている重力が混じってくると、問題はさらに複雑になります。相対性理論は、重力を力としてではなく、質量とエネルギーによって形作られる時空そのものの曲率として捉えています。では、量子物体が十分に重くなり、その重力を無視できなくなるとどうなるのでしょうか？ 机の上で量子実験を想像してみてください。しかし、ここでは重力の微妙な引力が重要です。量子の規則では、重力を単なる力として扱うことができますが、アインシュタインの急進的な見解、つまり重力は加速度と区別できないという見解は、より深い考察を必要とします。異なる基準系間の変換は、量子論の数学的中心である波動関数が、2つの異なる重力場の重ね合わせがある場合に無視できない方法で変化することを意味します。これにより、「2つの異なる真空」という奇妙な概念が生まれます。これは、不可能な重ね合わせを示唆し、現在の枠組みが不完全であることを示唆する量子場理論の概念です。 この真空のジレンマは、量子重ね合わせが永遠に続くことはできないことを意味します。計算可能な時間制限があり、その後システムは単一の現実を「選択」しなければなりません。これは、新しい規則の必要性を示しています。重力が関与する場合、現状の量子論だけでは物事を完全に説明することはできません。 ほとんどの物理学者は、量子力学の方がより基本的であり、おそらく重力の量子論を発明することによって、重力をその枠組みに収めるべきであると主張するでしょう。しかし、量子論と一般相対性理論を対等に扱うための説得力のあるケースがあります。それぞれが無視するには強力すぎる、または単に他方に従属するには強力すぎる基本原理を持っています。結局のところ、一般相対性理論は、ニュートン物理学では決して予測できなかったブラックホールやその他の宇宙現象を予測しています。 前進するための方法は、平等なものの結合である可能性があります。量子力学と一般相対性理論の両方から最高のものを取り入れ、必要に応じてそれぞれを修正する、新しい、より深い理論です。宇宙の最初の瞬間には古典物理学で十分だったかもしれないという挑発的な提案もあります。量子重力は、ブラックホールの特異点のような最も極端な環境でのみ役割を果たすのです。 この調和のとれた結合、つまり宇宙の壮大なタペストリーの中で量子論が何を意味するのかを最終的に明らかにする理論の探求は続いています。それまでは、非常に小さいものと非常に大きいものとの間のダンスは、科学における最大の冒険の1つであり続けます。