『ノエイン もうひとりの君へ』と量子力学

最終更新日: 2006/04/02 (06/06/25 画像追加)

あずき&かおるに見えてしまうのだが

 『ノエイン』が終わった。傑作でした。TV番組がこんなに楽しみだったのは『あずきちゃん』以来です。(←最大級の賛辞なんですが(笑))

 しかし、この作品、なぜか「量子力学」が関わっているんですね。 フィクション部分も多いといえ、作り手は意外と量子力学をわかっていそうな雰囲気です。 物理から足を洗って十余年、すっかり量子力学なんて疎遠になってしまったので、頭の整理を兼ねてまとめてみました。 理論をやるような頭はなかったので、観測の問題なんて全く考えたことありませんでしたよ。

 ちなみに、脚本や構成がすばらしいとか、作画や撮影がTVシリーズとしてありえねーレベルだとか、CGがすごいとか、音楽が合いまくっているとか、第2話の作画監督はいったい何だとか、そういったことはもういろんなところで語られているので、あえて触れませんでした。



1. 量子力学と未来の選択

 まず、『ノエイン』を語る上で最も重要である「未来は決まっていない」ということと量子力学の関係から見ていきましょう。 しかし、その前に「ニュートン力学」と呼ばれることもある「古典力学」から考えてみます。 古典力学で物体の運動を考えると、ある時間におけるある物体の運動(位置、速度)が決まっていれば、その運動は「運動の法則」により、未来においても完全に決まってしまいます。 また、その物体の過去の運動も、同様に記述が可能です。

 地球が太陽を回る様子、壁にぶつかった自動車の壊れ方、その他身の回りで起こっている様々な現象は大体この古典力学で説明が可能で、だから、1年後の日の出の時間を正確に計算することも可能であるわけです。 ある意味、「未来は決まっている」のです。 実は、電磁気を扱うMaxwellの法則や、ニュートン力学を拡張した相対論においても未来は完全に予測可能であり、不確定さといった概念は存在しないのです。

そんなバカな!
とりあえず服の選択

 しかし、それで最も困るのは「人間の自由意志」をどのように考えればよいか、ということです。 人間の思考や意思が「脳」という器官で生み出されていると考えた場合、脳の中のあらゆる活動も物理法則に従って動いているはずですから、もしそれが古典力学に従っているのであれば、未来の思考や意思も全て既に決定してしまっていることになってしまいます。 それどころか、あらゆる未来の物事は既に決まっていて、ここで自分がこの文章を書いていることも、いつ死ぬのかも、全て決定していることになってしまうでしょう。

 でも、それは直感的におかしい。

 キリスト教的な「世界は神が創った」という考え方を取れば、あらゆる法則も神が与えたものであり、「だから未来も神によって決められる」という見方をすることで納得することができる人もいるかもしれない。 また、精神世界は物理法則の支配するような物質世界とは別物だと考えてこの問題を回避することも可能でしょう。 しかし、純粋に科学的に考えていこうとするならば、現時点において、不確定な未来や人間の自由意志を生み出すことのできる物理法則は「量子力学」しかないと言っていいのではないでしょうか。 しかも、人間はあたかも自分の意思で思考や行動を選択しているように感じます。 このことを素直に遡っていくと、「人間は量子力学的不確定の中から、希望する結果を選び出す能力を持っている」というような結論に至ることになります。 ここまでくると、もう『ノエイン』でなぜ量子力学が出てくるかがよくわかると思います。 量子力学が取り扱われている最大の理由は、「並行世界」よりはむしろ、「自分の意志で変えていくことができる不確定な未来」というテーマと深く関わっているのだと思います。 ここが単なる並行世界ものとは一線を画した作品になっていて、しかも作中で一貫したテーマになっているのが、『ノエイン』の最もよかったところです。

 しかしながら、脳がどのように意識や思考を形成していて、そこに具体的に量子力学がどう関わっているのかは、現在のところわかってはいない(はず)です。 だから、「自由意志は古典力学では説明できない」までは正しいとしても、「量子力学で説明できる」とまでは言うことはできないというのが現状だと思います。 この「量子力学と自由意志の関係」については、Roger Penrose "The Emperor's New Mind" (Oxford university press, 1989) という解説書があり、赤根監督も作品の元ネタになっていると語っています(こちらこちらのインタビュー)。 自分もこれを参考にさせてもらいました。 和訳本が現在品切れで入手できないのは残念です。原著が安いので買ってみたんですけど、英語で読むのはやっぱり大変です…。

 また、この問題は、人間の(認識の)存在が宇宙のあり方に関わっているという「強い人間原理」といった概念とも関わってくるようですが、このあたりはもうギブアップです。


2. 身近な量子力学

相対論の式が多いような

 量子力学は特殊な世界の話、あるいはまだ実用されていないものだと思っている人も多いと思いますが、実は量子力学は既に身の回りの生活に広く関わっています。 まず、あらゆる物質の性質−どんな重さで、どんな色で、光を通すか通さないか、硬いか柔らかいか、電気を流すか…−こういったものは全て構成原子がどのように振舞うかというミクロな世界の現象で決まっているので、ちゃんとした説明にはほとんどの場合量子力学が必要です。 物理の世界ではこれらを「物性」というジャンルに分けています。 また、コンピュータのトランジスタやメモリの動作は、電子というミクロな世界の粒子の制御なので、その動作原理を考えたり解析する理論は100%量子力学です。 ここでインターネットのホームページを読んでいる、そのこと自体が量子力学の成果と言っていいでしょう。

量子物理学博士という博士号はない

 とはいえ、量子力学はやはりミクロの世界を記述するものです。 マクロ(cmオーダー)ではっきりと量子的現象が見えるのは、超伝導や超流動くらいでしょうか。 量子現象の一つとして、粒子などが薄い壁を破壊せずに通り抜けてしまう「トンネル効果」が有名ですが、このような効果もマクロ領域で起こることはありません。 私の知っている人で、学生の頃酒に酔って「トンネル効果!」と叫んでガラス戸に激突した人がいましたが、もちろん体がすり抜けることはありませんでした。 ついでの余談ですが、物理の学生と言えば必ず一度は「漁師リキが来る」など「漁師」と引っかけたジョークを言うものですが、『ノエイン』にもこれが入っていたのは高ポイントでした。

 次に述べるような観測問題のように感覚的に理解しにくいところはありますが、量子力学が登場してもうすぐ100年になり、あらゆるミクロな系が量子力学を使って研究されているにもかかわらず、今まで量子力学を否定するような結果は全くと言っていいほど出てきていません。 これは、どんなに新しいことを考えても従来の量子力学の枠内で説明できてしまうということで、実は物理学者にとっては大変に不幸なことなのです。


3. シュレーディンガーの猫と並行世界

 量子力学の不確定性に関係した「観測問題」や「解釈」は非常に難しく、一握りの頭のいい(世界で数人の)学者にお任せすべき問題です。 普通の量子力学の教科書にはこういった問題は書かれていなく、自分も『ノエイン』を見るようになって初めてどういうものか調べてみました。 初心者向けながらちゃんと書かれていたのが佐藤勝彦監修「図解量子論がみるみるわかる本」でした。 これも、『ノエイン』のネタ本として監督が某アニメ雑誌で紹介していたものです。 このタイトルは専門家には恥ずかしくて買いにくいでしょう。

シュレーディンガーの猫タン

 観測問題を簡単に言えば、量子力学では「確率」を使って物体の状態を表すのに、その物体を「観測」すれば結果は1つに決まってしまうという現実とどのように折り合わせをつけるか、ということだと思います。 確率を扱うには通常「波動関数」(ψとかφといった記号がよく使われる)というものを使いますが、観測されていないときには、波動関数は物体の存在する可能性のある場所に、存在確率に応じてぼわーっと広がっています。 また、2つ以上の状態が確率的にどちらもありえる不確定状態の場合、複数の波動関数の「重ね合わせ」が用いられます。 しかし、例えば物体の位置や状態を観測したとすると、その瞬間に物体の位置は1点にしぼられますから、そのときの波動関数は1点に収束していることになります。 これを「波の収縮(波束の収縮)」と言います。観測によってこれが突然起こることが変であるというのが「観測の問題」です。 正直言って、量子力学を使っていろいろな計算をするときに、こういった問題が重要になることは全くといっていいほどありません。 生活感のない高尚な話題なのです。

 ともかく、この観測問題に対してアインシュタインは確率で扱うこと自体を否定し、シュレーディンガーは「シュレーディンガーの猫」のパラドックスを出すことで確率的な扱いに否定的な見解を示したそうです。 シュレーディンガーの猫のパラドックスは、生きている猫と死んでいる猫の2つの状態を量子力学的重ね合わせで示して、観測ができない環境に置いたもので、今でも観測の問題を議論する上で最初に議論される系になっています。 シュレーディンガーは量子力学で波動関数の(そして確率の)計算に最もよく使われるシュレーディンガー方程式に名前が残っているというのに、実は確率解釈に否定的だったというのは、初めて知りましたが何と言うか皮肉ですね。

並行宇宙の分岐のイメージ

 観測問題に対するアプローチ(解釈)はいろいろとあるわけなのですが、この「確率でしか表されない状態」(シュレーディンガーの猫であれば、生きているか死んでいるかわからない状態)を「多数の違った結果を持つ別な世界が共存している」と解釈したのがエベレットの「並行宇宙論(多世界解釈)」です。 多世界解釈によって、波束の収縮問題は回避できるのですが、あらゆる瞬間瞬間に大量の世界が分岐していることになってしまいます。 ただ、お互いの分岐した世界の間には一切の関係はないので、他の世界から何かがやって来たり、お互いに観測したりすることは全くできません。 だから、解釈上の問題だけであり、自分のいる宇宙以外の宇宙はないのと同じと言ってもいいような気がします。 まあでも、「分岐したあらゆる可能性のうち、どの宇宙にいることになるかは不確定であり、そのうち一つを選択(観測)している」ことになり、これに最初に述べた「不確定な未来の選択に人間の意志を反映できる可能性がある」ということを合わせると、『ノエイン』の世界観になるわけですね。

重ね合わせ状態のユウ
(実際はちゃんと別の時空に登場)

 『ノエイン』ではこの分岐した一つ一つの宇宙を「時空」と言っていますが、これはおそらく多世界解釈の用語ではないと思います。 また、他の「時空」との間でモノや情報をやり取りすることは、多世界解釈の下でも全く「ありえねー」わけですので、これは『ノエイン』で付加された完全なフィクション設定です。 でもこれがないと「他の選択をした自分と向き合う」ということができませんし、そもそもSF作品として多世界解釈を使う意味がありませんよね。 ちゃんと多世界解釈を理解した上で、フィクションを追加してストーリーを構築していることはよくわかりますので、この点は納得しています。 分岐した世界で生きているユウと死んでいるユウが同時に出現したりといった「シュレーディンガーの猫」のパロディ?が出てきたときは笑ってしまいました。

ユウの母の過去
そもそもの原因はランチアデルタ

 『ノエイン』ではハルカだけが「未来を想え」などと言われているので、「龍のトルク」という特殊能力は「観測=未来の選択」という能力であると思う人がいるかもしれませんが、最初に述べたように「観測=未来の選択」を行うことができるのは全ての人間の等しく持つ能力です。 作中でも、ハルカよりもユウの「未来の選択」が最も重要なテーマになっていますし、ユウの母、イサミ、アイ、ミホにもいろいろな選択がありました。 しかし、それらの選択は全て自分自身で行っているものであり、ハルカは時空を越える能力(こちらが「龍のトルク」だと思われる)を使って、それをサポートしているだけだったというように、一貫して描かれていたと思います。 これもよかったところの一つです。 見ている人によっては、「願った未来が叶えられる」というのはSF的とは言えなく、正直違和感を覚えた人もいると思います。 でもそれは不確定な未来がどのように決められていくかという現時点での「人間原理」的な仮説の一つであって、決して科学から逸脱したものではない…と言ってもいいのではないかと思います。 一方でもちろん、龍のトルクとかウロボロスといったものは量子力学ではなくてフィクションの領域です。


4. デコヒーレンス

多忙なウロボロス

 「デコヒーレンス」なんて言葉は聞いたことがなかったし、「物理学事典」にも載っていなかったので適当な造語だと思ったら、ちゃんと量子力学の「観測の問題」分野で使われている言葉なんですね。 インターネットの検索がなかったら、わかりませんでした。

 そもそも、「コヒーレント(coherent)」という物理用語があって、これは「ある量子力学的状態が外乱を受けずに状態を持続する」というようなニュアンスです。 「コヒーレンス(coherence)」はその名詞形で「コヒーレンスを保つ」「コヒーレンスを失う」というような使い方をされます。 光物理では「光の波の位相が揃った」という意味合いもあり、この方がどちらかというと一般的によく使われている表現です。 反対の意味で「インコヒーレント(incoherent)」という用語もあります。 しかし、自分の経験では「デコヒーレンス(decoherence)」の使われた例を見たことはなく、「観測の問題」分野に限定された用語であるような気がします。

トビの手もデコヒーレンス化

 観測の問題で「デコヒーレンス」とは猫の例で言えば、死んだ猫の状態も生きている猫の状態も環境(箱やその外界)との相互作用があるためにずっと初期の状態を保つ(コヒーレント)ことができない程度を示す語であるようです。 正直全然わかりませんが、どうもこのようなものを導入すると「波の重ね合わせ」が解消されて「波束の収縮」問題を解決できるそうです。 ただ、この理論は多世界解釈に基づくものではないようなので、『ノエイン』の世界における「デコヒーレンス」は単に「観測の問題」で出てくる用語をちょっと使ってみただけ、ではないかと思います。 ただ、なんとなく、「状態を保てなくなる」ような意味合いで使われているので、それなりに本来の「コヒーレント」のニュアンスは出ています。


5. 時間の停止と因果律

時間が停止
ラクリマはずっと夕刻

 『ノエイン』ではよく時間が停止しているシーンが出てきます。 ラクリマ時空も、ずっと時間が停止しています。

 実は古典力学でも量子力学でも「時間」は単なる一つのパラメータであって、それがどのように進むかといった決まりはありません。 もし時間が止まったら、『ノエイン』の赤青シーンのように全ての運動が停止してしまうでしょう。 これは量子力学でも同様です。 だから、いくら量子的存在だからといって、時間が止まった状態で竜騎兵やハルカやラクリマ人がちゃんと活動できるのはちょっと変です。 ここは量子力学とは全く関係のない、フィクションですね。

 また、古典力学でも量子力学でも時間がどちら向きに進むかということについては決まりがなく、法則のパラメータtを-tに変えても成立する(時間の対称性)ことが知られています。 時間の向きが決まっているのは「熱力学の第2法則」(エントロピー増大則)くらいで、現実の時間の非対称性の起源はどこにあるかというのは、まだわかっていない問題の一つです。

 原因があって結果があるという時間の順序の法則を「因果律」と言います。 未来の出来事が過去に(わずかでも)影響を及ぼすことを「因果律の破れ(侵犯)」などと言います。 因果律を破るためには過去へ行って何かちょっとでも影響を及ぼせばいいのであって、別に誰かを殺したりする必要はありません。 『ノエイン』の途中でトビが因果律の侵犯を気にしていましたが、第1話でカラスが函館にやってきた時点でとっくに因果律は侵犯されています。(笑)

黛博士の過去

 また、ハルカの能力に関しては「過去は変えられない」といった表現も出てきており、過去の時空に対しては「見るだけ」に限定されていたように思えます。 これはきっと、因果律を意識しているのと同時に、「未来は不確定である」こととの対比を重視したのだと思います。 作品を通してやや一貫性はありませんでしたが、許してしまいます。(笑)


6. レイズ素粒子

量子ポテンシャル計測中
マジックサークル起動

 というものは実際にはありません。 シータ素粒子というのもないと思っていたら、最近発見された素粒子にΘ(シータ)というのがあるみたいです。 なんだか、素粒子はいろいろあるんでよくわかりません。 『ノエイン』を見る感じでは、「通常の素粒子(陽子、電子、中性子)と置き換えが可能で、ものすごーく量子的性質が強い素粒子」というような設定でしょうか。 「量子ポテンシャル」なんてのも実在しない概念ですが、作中ではレイズ粒子がたくさん集まっているところや時空の間のやり取りがあるところで大きくなるもの、のような設定かと思います。

 「マジックサークルプロジェクト」では「アルファ素粒子」「ベータ素粒子」「ガンマ素粒子」が出てきますが、「アルファ粒子」はヘリウム原子核、「ベータ粒子」は電子、「ガンマ粒子(ガンマ線)」は高エネルギー光子で実在します。 よく加速器からこういった粒子が出てきますが、「マジックサークル」のように空気中で加速させるのはほとんど無理です。 それに磁場をかけないと曲がらない(ガンマ線はどうやったって曲がらない)ので、あのシーンは何か別のものが回っていたのだと思いましょう。


7. 認識

ノエイン過去に干渉中か

 タイトルの『ノエイン』は古典ギリシャ語で「認識」の意味です。 これも観測の問題につながった、凝ったタイトルと言えましょう。 奇しくもラスボスの名前になってしまったわけですが、これは監督が悩んだところであると想像します。

 ギリシャ語は正直よくわからないですが、こちらのサイトを見るとnoein(νοειν)は動詞noeo^(νοεω)の現在形(pres)能動態(act)不定法(inf)であることがわかります。 不定法というのは英語の不定詞のような、動詞の名詞化のようです。 動詞noeo^の意味としては、perceive by the eyes((目で)認識する)、observe(観測する)、perceive by the mind((心で)認識する)、apprehend(理解する)などが挙げられているので、正確には「認識すること」ということでしょうか。

 哲学用語でもなさそうですし、どこからこんな語を見つけてきたのか結構不思議です。 『ノエイン もうひとりの君へ』。作品を全部見終わってからあらためて考えると、このタイトルはすごくいいですね。



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