波動関数の崩壊

量子力学における波動関数の崩壊とは、初めはいくつかの固有状態の重ね合わせであった波動関数が、（「観測」によって）ある1つの固有状態に収縮すること。量子測定の本質をなし、波動関数と古典的なオブザーバブル（位置や運動量など）との間を繋げるものである。波動関数の崩壊は、量子系が時間発展する2通りの方法の1つであり、もう1つの方法はシュレーディンガー方程式に従う連続的な時間発展である。しかし波動関数の崩壊による時間発展を、古典的な環境との熱力学的に不可逆な相互作用の結果だと考えると、ただのブラックボックスにすぎなくなる。量子デコヒーレンスの計算は、量子系の状態と環境の状態との間に重ね合わせが作られるときに、見かけ上の波動関数の崩壊が起こることを予言している。重要なのは、系と環境を合わせた波動関数はシュレーディンガー方程式に従い続けるという点である。 1927年にヴェルナー・ハイゼンベルクは、量子測定を説明するために波動関数の収縮の考えを用いた。しかしもし波動関数の崩壊が別のいくつかの過程の付帯現象ではなく基本的な物理現象であるならば、自然は基本的に確率的（英語版）、すなわち非決定論的（英語版）であり、これは理論として好ましくない性質ではないかという点が議論された。この問題は1980年代になり、量子デコヒーレンスが再構築されて主流な考えとなるまで続いた。デコヒーレンスは大きなスケールと小さなスケールの量子系の観点から波動関数の崩壊の考え方を説明し、入門レベル以上（たとえばコーエン＝タヌージの教科書など）では一般的に説明されている。量子フィルタリング（英語版）のアプローチや量子因果非破壊原理の導入により、確率的なシュレーディンガー方程式から波動関数の崩壊を古典的環境で導出することができる。 ^ J. von Neumann (1932) (ドイツ語). Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik. Berlin: Springer.  ^ J. von Neumann (1955). Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton University Press.  ^ a b c Schlosshauer, Maximilian (2005年2月23日). “Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics”. Rev. Mod. Phys. 76 (4): 1267–1305. arXiv:quant-ph/0312059. Bibcode 2004RvMP...76.1267S. doi:10.1103/RevModPhys.76.1267.  ^ Giacosa, Francesco (2014年). “On unitary evolution and collapse in quantum mechanics” (PDF). Quanta 3 (1): 156–170. doi:10.12743/quanta.v3i1.26. http://quanta.ws/ojs/index.php/quanta/article/download/26/42.  ^ a b Zurek, Wojciech Hubert (2009年3月2日). “Quantum Darwinism”. Nature Physics 5: 181–188. arXiv:0903.5082. Bibcode 2009NatPh...5..181Z. doi:10.1038/nphys1202.  ^ Heisenberg, W. (1927年). “Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik [The actual content of quantum theoretical kinematics and mechanics]” (PDF). Z. Phys. 43: 172–198. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19840008978.pdf.  ^ L. Bombelli. “Wave-Function Collapse in Quantum Mechanics”. Topics in Theoretical Physics. 2010年10月13日閲覧。 ^ M. Pusey; J. Barrett; T. Rudolph (2012年3月5日). “On the reality of the quantum state”. Nature Physics 8: 475–478. arXiv:1111.3328. doi:10.1038/nphys2309.  ^ C. Cohen-Tannoudji (2006) [1973]. Quantum Mechanics (2 volumes). New York: Wiley. p. 22.  ^ V. P. Belavkin (1979年). Optimal Measurement and Control in Quantum Dynamical Systems (技術レポート). Copernicus University, Toruń. pp. 3-38. 411. https://www.maths.nottingham.ac.uk/personal/vpb/publications/omc-p411.pdf.  ^ V. P. Belavkin (1992年8月). “Quantum stochastic calculus and quantum nonlinear filtering”. Journal of Multivariate Analysis 42 (2): 171–201. arXiv:math/0512362. doi:10.1016/0047-259X(92)90042-E.  ^ V. P. Belavkin (1999年6月). “Measurement, filtering and control in quantum open dynamical systems”. Reports on Mathematical Physics 43 (3): A405–A425. arXiv:quant-ph/0208108. Bibcode 1999RpMP...43..405B. doi:10.1016/S0034-4877(00)86386-7.  ^ V. P. Belavkin (1992年8月31日). “Nondemolition principle of quantum measurement theory” (PDF). Foundations of Physics 24 (5): 685–714. arXiv:quant-ph/0512188. Bibcode 1994FoPh...24..685B. doi:10.1007/BF02054669. https://www.maths.nottingham.ac.uk/personal/vpb/publications/ndp-fph-ams.pdf.  時間の矢 量子力学の解釈 量子デコヒーレンス 量子干渉 量子ゼノン効果 シュレーディンガーの猫 シュテルン＝ゲルラッハの実験