[論文レビュー] Decoherence, Quantum Zeno Effect, and the Efficacy of Mental Effort

Henry P. Stapp|ArXiv.org|Mar 16, 2000

Quantum Mechanics and Applications参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、精神的努力が量子ゼノウ効果を通じて脳活動に因果的影響を及ぼす相対的ヴァン・ニューマン＝ウィグナー量子的心の理論を提唱する。このメカニズムは、急速なデコherenceに対しても依然として頑健である。理論は、ウィリアム・ジェイムズの意思の概念において中心的である持続的注意が、繰り返しの量子測定を通じて、環境によるデコherenceにもかかわらず物理的に維持され得ることを説明する。

ABSTRACT

Recent theoretical and experimental papers support the prevailing opinion that large warm systems will rapidly lose quantum coherence, and that classical properties will emerge. This rapid loss of coherence would naturally be expected to block any critical role for quantum theory in explaining the interaction between our conscious experiences and the physical activities of our brains. However, there is a quantum theory of mind in which the efficacy of mental effort is not affected by decoherence effects. In this theory the effects of mental action on brain activity is achieved by a Quantum Zeno Effect that is not weakened by decoherence. The theory is based on a relativistic version of von Neumann's quantum theory. It encompasses all the predictions of Copenhagen quantum theory, which include all the validated predictions of classical physical theory. In addition, it forges two-way dynamical links between the physical and experiential aspects of nature. The theory has significant explanatory power.

研究の動機と目的

• 心と脳を結びつける理論において、量子コherー二ンの要請と、温暖でノイジーな脳の環境との間にある顕在的な不整合を解消すること。
• 量子コherー二ンが環境との相互作用によって急速に失われる状況下でも、精神的努力が脳ダイナミクスに因果的影響を及べることを示すこと。
• ウィリアム・ジェイムズが記述した注意の持続性と意思の働きを、量子ゼノウ効果に基づく物理的メカニズムとして提供すること。
• 経験的プロセス（精神的努力）と物理的脳状態との間の動的リンクを含む、ヴァン・ニューマン＝ウィグナー量子理論の拡張。
• 理論が古典的物理学およびコペンハーゲン量子力学のすべての予測を保持するとともに、心と物質の間の二重方向の接続を追加すること。

提案手法

• 物理的現実を表す、進化する客観的情報的構造としての普遍的状態 S(t) を形式化し、無関係な自由度の部分トレースによって部分系状態を定義する。
• フォン・ノイマンのプロセスI（射影）とプロセスII（ユニタリ進化）を基本的な力学的ステップとして導入し、還元（プロセスIII）を、Yes/Noの質問を提示する射影演算子 P によって定義する。
• 精神的努力を、同一の射影演算子 P を選択し繰り返し適用する能力としてモデル化し、量子ゼノウ効果によって特定の脳状態を安定化させる。
• 急速かつ繰り返しの測定（還元）により、系が望ましい状態から逸脱するのを防ぎ、系が古典的状態の統計的混合状態にあっても、システムが望ましい状態にとどまるようにする。
• 時間発展においてハミルトニアンを H → PHP に置き換えることで、系が純粋状態にあるか、デコherenceした混合状態にあるかに関わらず、ゼノウ効果が有効であることを示す。
• 還元プロセスを、意識的観測者の役割を含むように一般化する：各還元は意識的体験と対応する「知る」プロセスに関連し、脳は量子プロセッサとして機能する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境との相互作用によって量子コherー二ンが急速に失われる場合でも、精神的努力が脳ダイナミクスに因果的影響を及べる可能性はあるか？
• RQ2 特に温暖で巨視的な系たる脳において、デコherenceの存在下でも量子ゼノウ効果は有効に機能するか？
• RQ3 量子的心の理論は、ウィリアム・ジェイムズが記述した持続的注意と意思的努力の主観的体験をどのように説明できるか？
• RQ4 相対的で客観的なヴァン・ニューマン＝ウィグナー量子理論の拡張が、量子現象と心身の接続を古典的物理学の適切な極限で破ることなく説明可能か？
• RQ5 精神的努力（質問の選択＝射影演算子）が、脳状態の進化にどのように影響を与える物理的メカニズムがあるのか？

主な発見

• デコherenceによって脳状態が古典的状態の統計的混合状態になっても、量子ゼノウ効果は有効である。ゼノウ効果は繰り返しの射影に依存するだけで、コherー二ンに依存しないからである。
• デコherenceは、精神的影響が脳活動に及ぼす力を弱めるわけではない。なぜなら、ゼノウ効果が環境との相互作用に関係なく、系を望ましい状態に安定化させるからである。
• 理論は、ウィリアム・ジェイムズの観察、すなわち精神的努力が注意を延長することを説明する。繰り返しの精神的「質問」（射影演算子）により、通常の古典的状態よりも長く、思考が意識にとどまる。
• 理論は、古典的物理学およびコペンハーゲン量子力学のすべての予測を保持しており、従来の物理法則と整合性を保つ。
• 精神的制御が可能な唯一の変数は、「質問を提示することへの了承」と「質問の頻度」であり、両者とも精神的努力に関連している。
• 理論は、物理的状態 S(t) と経験的プロセス（意識的「知る」）との間の二重方向の動的リンクを提供する。各還元イベントは、離散的な意識的瞬間に対応する。