物理学における EPR パラドックス
EPR パラドックスが量子もつれをどのように説明するか
MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY、ゲッティイメージズ
EPR のパラドックス (またはアインシュタイン-ポドルスキー-ローゼンのパラドックス) は、量子論の初期の定式化に固有のパラドックスを実証することを目的とした思考実験です。の最もよく知られている例の 1 つです。 量子もつれ .パラドックスには以下が含まれます 2 つの粒子 量子力学に従って互いに絡み合っています。下 コペンハーゲン通訳 量子力学では、各粒子は、測定されるまで個々に不確実な状態にあり、その時点でその粒子の状態が確実になります。
その瞬間、もう一方の粒子の状態も確定します。これがパラドックスに分類される理由は、2 つの粒子間のコミュニケーションが関係しているように見えるからです。 光速よりも速い速度 、これは アルバート・アインシュタイン の 相対性理論 .
パラドックスの起源
パラドックスは、アインシュタインと ニールス・ボーア .アインシュタインは、ボーアと彼の同僚によって開発された量子力学に満足していませんでした (皮肉なことに、アインシュタインによって開始された作業に基づいています)。アインシュタインは、同僚のボリス ポドルスキーとネイサン ローゼンと共に、理論が他の既知の物理法則と矛盾していることを示す方法として EPR パラドックスを開発しました。当時は、実験を行うための実際の方法がなかったので、単なる思考実験または下断実験にすぎませんでした。
数年後、物理学者のデビッド・ボームは EPR パラドックスの例を修正して、物事を少し明確にしました。 （パラドックスが提示された元の方法は、プロの物理学者にさえやや混乱していました.最初の粒子のスピンは 0 だったので、2 つの新しい粒子のスピンの合計はゼロに等しくなければなりません。粒子 A のスピンが +1/2 の場合、粒子 B のスピンは -1/2 でなければなりません (逆も同様です)。
繰り返しますが、量子力学のコペンハーゲン解釈によれば、測定が行われるまで、どちらの粒子も明確な状態を持ちません。それらは両方とも可能な状態の重ね合わせにあり、(この場合) 正または負のスピンを持つ確率は同じです。
パラドックスの意味
ここで、この厄介な作業を行う 2 つの重要なポイントがあります。
- 量子物理学によると、測定の瞬間まで、粒子は しない 持っている 間違いなくスピン量 しかし、可能な状態の重ね合わせにあります。
- 粒子 A のスピンを測定するとすぐに、粒子 B のスピンの測定から得られる値が確実にわかります。
粒子 A を測定すると、粒子 A の量子スピンが測定によって「設定」されるように見えますが、どういうわけか、粒子 B はどのスピンを受け取るべきかを即座に「認識」します。アインシュタインにとって、これは相対性理論の明らかな違反でした。
隠し変数理論
2 番目の点について実際に疑問を呈した人は誰もいません。論争は完全に最初のポイントにありました。ボームとアインシュタインは、量子力学が不完全であることを示唆する隠れ変数理論と呼ばれる別のアプローチを支持しました。この観点では、すぐには明らかではないが、この種の非局所効果を説明するために理論に追加する必要がある、量子力学のいくつかの側面がなければなりませんでした。
類推として、それぞれにお金が入った 2 つの封筒があるとします。そのうちの 1 枚には 5 ドル札が含まれており、もう 1 枚には 10 ドル札が含まれていると言われました。 1 つの封筒を開いて 5 ドル札が入っている場合、もう 1 つの封筒に 10 ドル札が入っていることは確実です。
この類推の問題は、量子力学がこのように機能していないように見えることです。お金の場合、封筒の中には特定の請求書が入っています。
量子力学における不確実性
量子力学の不確実性は、私たちの知識の欠如を表すだけでなく、明確な現実の根本的な欠如を表しています.コペンハーゲンの解釈によれば、測定が行われるまで、粒子は実際にはすべての可能な状態の重ね合わせにあります (死んだ/生きている猫の場合のように) シュレディンガーの猫 思考実験）。ほとんどの物理学者は、より明確なルールを持つ宇宙を望んでいたでしょうが、これらの隠された変数が何であるか、またはそれらが意味のある方法で理論に組み込まれる方法を正確に理解することはできませんでした.
ボーアらは、量子力学の標準的なコペンハーゲン解釈を擁護し、実験的証拠によって引き続き支持されました。説明は、可能な量子状態の重ね合わせを記述する波動関数がすべての点で同時に存在することです。粒子 A のスピンと粒子 B のスピンは独立した量ではなく、同じ項で表されます。 量子物理学 方程式。粒子 A の測定が行われた瞬間、 全波動関数 単一の状態に崩壊します。このように、遠隔通信は行われません。
ベルの定理
隠れ変数理論の棺桶の主要な釘は、物理学者のジョン・スチュワート・ベルから来ました。 ベルの定理 .彼は一連の不等式 (ベルの不等式と呼ばれる) を開発しました。これは、粒子 A と粒子 B のスピンの測定値が絡み合っていない場合にどのように分布するかを表します。実験に次ぐ実験では、ベルの不等式が破られています。つまり、量子エンタングルメントが発生しているように見えます。
この反対の証拠にもかかわらず、隠れ変数理論の支持者はまだいますが、これは主に専門家ではなくアマチュア物理学者の間です.
によって編集アン・マリー・ヘルメンスタイン博士