Living in a Quantum World

シュレーディンガーの鳥　生物の中の量子世界

By Vlatko Vedral

V. ヴェドラル


According to standard physics textbooks, quantum mechanics is the theory of the microscopic world. It describes particles, atoms and molecules but gives way to ordinary classical physics on the macroscopic scales of pears, people and planets. Somewhere between molecules and pears lies a boundary where the strangeness of quantum behavior ends and the familiarity of classical physics begins. The impression that quantum mechanics is limited to the microworld permeates the public understanding of science. For instance, Columbia University physicist Brian Greene writes on the first page of his hugely successful (and otherwise excellent) book The Elegant Universe that quantum mechanics “provides a theoretical framework for understanding the universe on the smallest of scales.” Classical physics, which comprises any theory that is not quantum, including Albert Einstein’s theories of relativity, handles the largest of scales.		物理学の一般的な教科書では，量子力学はミクロな世界の理論だということになっている。それは粒子を語り，原子を語り，分子を語るが，リンゴや人間，惑星といったマクロなものを語る際には，古典力学に場所を譲る。分子とリンゴの間のどこかに境界線があり，そこで量子の奇妙な振る舞いは消え，おなじみの古典力学的な現象が立ち現れる。　量子力学はミクロな世界に限って成り立つというイメージは，一般人の科学的理解においても広く浸透している。例えばコロンビア大学の物理学者グリーン（Brian Greene）は，ベストセラーとなった（なのに内容も素晴らしい）著書，『エレガントな宇宙』の1ページ目で，量子力学は「宇宙を最小スケールで見た時に理解するための理論的な枠組みを与える」と述べている。一方，古典論（量子力学以外のあらゆる理論のこと）は，物事を最大のスケールで見た時のことを語る。アインシュタインの相対性理論も古典力学のひとつだ。
Yet this convenient partitioning of the world is a myth. Few modern physicists think that classical physics has equal status with quantum mechanics; it is but a useful approximation of a world that is quantum at all scales. Although quantum effects may be harder to see in the macroworld, the reason has nothing to do with size per se but with the way that quantum systems interact with one another. Until the past decade, experimentalists had not confirmed that quantum behavior persists on a macroscopic scale. Today, however, they routinely do. These effects are more pervasive than anyone ever suspected. They may operate in the cells of our body.		だが世界を大きさによって分けるのは単に便宜上のことで，実は何ら本質的ではない。現在，古典力学が量子力学と同等だと考えている物理学者はほとんどいない。世界はあらゆるスケールにおいて量子力学に従い，古典力学はその便利な近似値にすぎないというのが大方の理解だ。マクロの世界では量子効果は見えにくいが，それは大きさそのもののせいではなく，量子系どうしの相互作用の仕方に原因がある。ほんの10年前まで，物質の量子的な振る舞いがマクロなスケールでも持続していることを，実験室で確認することはできなかった。だが今日では，そうした実験は日常的に行われている。量子効果はこれまで予想されていたよりも，はるかに普遍的に見られる。私たちの体内にある細胞でも，量子効果が働いているかもしれない。
Even those of us who make a career of studying these effects have yet to assimilate what they are telling us about the workings of nature. Quantum behavior eludes visualization and common sense. It forces us to rethink how we look at the universe and accept a new and unfamiliar picture of our world.		量子効果の研究を職業としている私たちですら，それが自然の中でどのように働いているのかをきちんと理解できてはいない。量子の振る舞いは絵に描くことはできないし，常識からも外れている。量子力学は私たちに，宇宙の見方を変更し，極めて奇妙な世界の実像を受け入れるよう迫っている。