ラプラスの魔物(悪魔)を1分動画とブログで解説

ラプラスの魔物 自然科学
「ラプラスの魔物って何? ラプラスの魔物がいると未来が予測できるって本当? 人間の行動もラプラスの魔物は予測できるの? 量子力学ってなんだか難しいな…

こういった疑問に物理学修士の筆者が答えます。
TikTokの1分解説が見たい人は

@civitan

ラプラスの魔物##物理##tiktok教室

♬ Dynamite – BTS


結論

ラプラスの魔物とは、フランスの科学者ピエール・ラプラスが考えた、宇宙のすべての存在の状態を知っている仮想的な生き物です(ラプラスの悪魔ともいいます)。将来は本記事で記載します。

本記事の内容

1.ラプラスの魔物

ラプラスの魔物

冒頭でも説明したように、ラプラスの魔物とは、フランスの科学者ピエール・ラプラスが考えた、宇宙のすべての存在の状態を知っている仮想的な生き物です。
量子力学が登場する前のニュートン力学では、ラプラスの魔物がいると、未来のすべてを予言することができ、未来はすでに決まっていることになります
例えば、サイコロを振って出る目は6通りあり、一見どれが出るかわからないように思います。しかし、ニュートン力学でサイコロの投げた速さ、角度、回転数、回転方向、高さ、地面の摩擦など、すべて計算すると出る目がわかるのです。
サイコロのような大きいモノの例をあげましたが、2000億個ある脳細胞や、数百兆個のシナプスといったミクロなモノの状態も確認できたら、人間の行動も全て予言できると多くの科学者は思っていました

2.ラプラスの魔物の否定

ラプラスの魔物の否定

高校の物理学で習うニュートン力学では、ラプラスの魔物は未来を予言することが可能です。しかし大学で習う量子力学ではこれが成り立たないのです。なぜなら、量子力学で扱うようなミクロな世界では、「不確定性原理」のような現実では考えられないことが起きるからです。

他にもラプラスの魔物は自分自身の状態を知りえないという欠点もあります。例えばラプラスの悪魔が宇宙のすべての状態を知るコンピュータだとして、宇宙すべての情報がメモリに入っているとします。するとメモリ自体の情報はもう1つメモリがないと記憶できないのです。このようにラプラスの魔物自信にも矛盾が発生し、ラプラスの魔物が存在し得ない根拠となります。

3.不確定性関係

ラプラスの魔物(悪魔)を1分動画とブログで解説

ドイツの物理学者ウェルナー・ハイゼンベルクは、自然界をミクロな視点で見れば、何もかもが不確定であいまいだという結論を出しました。
上式はハイゼンベルクの不確定性関係の公式で、この式を軽く説明すると、Δxは位置の不確かさ、Δpは速度(運動量)の不確かさ、hはウプランク定数と呼ばれる定数です。
この式より、電子などのミクロな物質では、位置の不確かさ(Δx)を小さくして、より位置を正確に決めようとすると、速さ(Δp)が不確かに(電子は同時に多くの場所にいるので、電子の運動方向がわからなく)なります。逆に 速さ(Δp)が正確に決めようとすると位置(Δx)が不確かに(電子はさまざまな方向に同時に動いているので電子がどこに存在するのかわからなく)なります。
このように「あっちが勃てば、こっちが勃たず☆」となるのです。
仮にラプラスの魔物が物質の状態を全部把握したとしても、次の瞬間にどうなっているのかは、確率でしか答えられないので、ラプラスの魔物は未来を予測できません。

量子力学について知りたい方はあなたは壁をすり抜ける|電子の共存とトンネル効果

もっと量子力学について知りたい方は Newton別冊『量子論のすべて 新訂版』 (ニュートン別冊)

コメント

タイトルとURLをコピーしました