アンサンブル解釈(アンサンブルかいしゃく、)は、量子力学の解釈の一つであり、量子状態(波動関数)を、同一の条件で用意された系を多数集めた「統計集団(アンサンブル)」の統計的性質を記述するものと考える解釈である。統計解釈(statistical interpretation)とも呼ばれる。

標準的なコペンハーゲン解釈では、量子状態は「個別の系」を記述するものとして扱われる。例えば1個の電子を考える場合、その1個の電子そのものが、異なる状態の重ね合わせにあると解釈する。

これに対して、アンサンブル解釈では、量子状態を単一の系の状態とは見なさない。同じ電子の例で言えば、量子状態が記述の対象としているのは1個の電子ではなく、同一条件で用意された多数の電子の集団である。すなわち、その多数の電子に対して測定を行った際に、どのような結果がどれくらいの割合で得られるかという分布を与えるものとして扱う。

また、コペンハーゲン解釈では、測定に伴って量子状態が不連続に変化する状態の収縮という概念を仮定するが、アンサンブル解釈ではこれを必要としない。アンサンブル解釈では、これに相当する計算を、統計データの集計や、特定の結果のデータだけを抜き出す選別処理として解釈する。

アンサンブル解釈はなぜ・どのようにして特定の測定値が得られるのかについての説明は与えない。測定ごとに現れる個別の結果を直接説明する理論ではなく、繰り返し測定したときに得られる統計的規則性を記述する立場である。

コペンハーゲン解釈がそうであるように、アンサンブル解釈にも様々なバリエーションが存在する白井仁人『量子論の諸解釈』森北出版、2022年、2.3節。

解釈を導入する動機 歴史的には、アルベルト・アインシュタインがこの解釈を支持していたことで知られる。アインシュタインは量子論を完全な理論とは見なさず、より深い実在論的な理論に対する統計的記述であると考えた。

ミニマリズム 一方で、より現代的なアンサンブル解釈には、実在論には言及せず、物理的な仮定を最小化したミニマリズム(最小主義)の解釈もある。

コペンハーゲン解釈のように量子状態を個々の系に帰属するものと解釈すると、観測に伴う状態の収縮を導入する必要があり、それが「いつ、どこで、どのように起きるのか」といった物理的・哲学的な疑問を呼び起こすと指摘されてきた。また、量子状態を観測者の知識・信念・情報の表現とみなす一部の認識論的なアプローチに対しては、量子状態が帯びることになる主観的性格が科学の客観性とどのように両立するのかという問題が指摘されてきた。

アンサンブル解釈では、量子状態を集団の統計的概念とみなすことでこれらの問題を回避し、形而上学的な概念の導入を最小化する。この解釈は個別系解釈ではないため、観測による状態の収縮を導入する必要がなく白井仁人『量子論の諸解釈』森北出版、2022年、p80(単なる統計データの集計・選別処理として扱う)、隠れた変数、多世界、複数の歴史といった概念も導入しない。確率を客観的な統計的頻度として扱うため、量子状態を観測者の知識や信念に還元する必要がなく、科学としての客観性を保つことができる。

この解釈をシュレディンガーの猫の思考実験に当てはめると、量子状態は1匹の猫の物理的状態を指しているわけではないため、1匹の猫が生きている状態と死んでいる状態の重ね合わせになっているとは解釈しない。あくまで多数回の実験を行った場合に、猫が生き残る割合と死ぬ割合がそれぞれ計算されるだけであると考える。

批判と制約 批判 現実の実験では測定結果が1つ1つ順番に出るものだが、アンサンブル解釈はその1回限りの個々の現象や、特定の測定結果がなぜ出たのかについて、直接的な説明を与えない。この点が、個別系の記述を重視する立場からは不完全であると批判される。

制約 粒子のアンサンブルを考える際、古典的な統計力学のように、個々の粒子が測定前からすべての物理量(位置や運動量など)について確定した値をあらかじめ持っていると単純に仮定することはできない。ベルの定理やコッヘン・シュペッカー定理などの量子力学の基礎定理により、すべての物理量に確定値を割り当てることは不可能である。

脚注

参考文献 『量子という謎 量子力学の哲学入門』勁草書房、2012年、第6章「統計解釈」

関連項目 統計集団