月が消えない理由

もつれの旅の出発点は、アインシュタインの問い「月は見ていなくても存在するか」だったね。あの旅の終わりにきみは「月は環境に測られ続けている」という答えに出会った。今日はそれを、数字と仕組みの両方で精密にしよう。まず数字からだ。月が太陽から浴びる光子の数を概算してごらん。材料を渡すよ。月の断面積はおよそ9.5×10¹²平方メートル。太陽光は1平方メートルあたり毎秒約1400ジュールのエネルギーを運ぶ。可視光の光子1個のエネルギーはおよそ4×10⁻¹⁹ジュールだ。

そして、その1個1個が前回の散乱光子と同じ目印製造機だ。月の位置の手がかりを刻んで、光速で四方八方へ散っていく。仮に誰かが「月が軌道上の2か所にいる重ね合わせ」を用意できたとしても、最初のほんの一瞬――どんな時計でも測れない短さの時間――で、2つの位置は環境に区別されきってしまう。空気中の塵で10⁻³¹秒だったのだから、月では実質ゼロ時間だよ。

原理の上では、量子力学は縞の復活を禁止していない。だが、必要な作業を書き出してみよう。月で跳ね返った光子は宇宙へ散り、あるものは地面や雲や誰かの目に吸収され、吸収した物質の状態をわずかに変える。手がかりは光子から原子へ、原子から隣の分子へ、コピーを増やしながら広がっていくんだ。縞を取り戻すには、手がかりを持つ粒子を1個残らず集めて、全部まとめて斜めの質問をしなければならない。1個でも取り逃せば、そこに手がかりが残って縞は戻らない。そして光子は光速で逃げていく――追いつく手段は物理的に存在しない。

同じ運命だ。もつれたペアの片方が環境の光子1個と散乱しただけで、相関は「2人のもの」から「3人のもの」へ広がる。散乱が続けば4人、5人……と、もつれは巨大なネットワークへ薄まっていく。ベルの破れを確認するには、2人の記録の突き合わせでは足りなくなって、散らばった全員の記録が必要になる。つまり実際上、破れは見えなくなる。量子らしさは消滅したのではなく、宇宙全体に薄められて、回収不能になったんだ。

最後のピースにふさわしい質問だ。環境との衝突は、物体の位置によって散乱の仕方が変わる相互作用なんだ。つまり環境が毎瞬問い続けている質問は、いつも「どこにいる？」。位置の手がかりばかりが猛スピードで漏れるから、位置の重ね合わせが真っ先に壊されて、位置のはっきりした状態だけが生き残りの勝者になる。「環境が何を読み取るかが、生き残る状態の顔を決める」――デコヒーレンス理論の中でも、とりわけ美しい発見のひとつだよ。

それが現代の答えだ。ただしね、うさ美。今日の話には、まだ触れていない急所が残っている。「重ね合わせが壊れて縞が消える」ことと、「月がいまこの場所にある、というただ1つの事実が選ばれる」こと――この2つは、実は別の話なんだ。次のステージでは、デコヒーレンスにできないことを、ごまかさずに線引きしよう。科学の誠実さが試される回だよ。