Gearoid Hayes / Flickr, のCC BY-SA
代替の事実は ウイルスのように広がる 社会全体。 現在、彼らは科学にさえ感染しているようです。少なくとも量子の領域に。 これは直感に反するように見えるかもしれません。 科学的方法は、結局のところ、観察、測定、再現性の信頼できる概念に基づいています。 すべてのオブザーバーがそれに同意できるように、測定によって確立された事実は客観的でなければなりません。
しかし、最近の論文で サイエンスアドバンスで出版、量子力学の奇妙なルールに支配されている原子と粒子のミクロの世界では、2人の異なる観測者が自分の事実の権利を持っていることを示します。 言い換えれば、自然そのものの構成要素に関する私たちの最高の理論によれば、事実は実際には主観的である可能性があります。
オブザーバーは量子の世界で強力なプレーヤーです。 理論によれば、粒子は一度に複数の場所または状態に存在する可能性があります。これは重ね合わせと呼ばれます。 しかし、奇妙なことに、これは、それらが観察されない場合のみです。 量子システムを観察すると、特定の場所または状態が選択され、重ね合わせが解除されます。 自然がこのように振る舞うという事実は、ラボで何度も実証されています。たとえば、有名な ダブルスリット実験 （下のビデオを参照）。
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1961では、物理学者 ユージン・ウィグナー 挑発的な思考実験を提案しました。 彼は、量子力学を自分自身が観察されている観察者に適用するとどうなるかを疑問視していました。
Wignerの友人が、閉じた実験室の中で、頭と尾の両方の重ね合わせにある量子コインを投げていると想像してください。 友人がコインを投げるたびに、彼らは明確な結果を観察します。 ウィグナーの友人は事実を確立していると言えます。コイントスの結果は間違いなく頭か尻かです。
ウィグナーは外部からこの事実にアクセスすることはできず、量子力学によれば、友人とコインが実験のすべての可能な結果の重ね合わせになるように記述しなければなりません。 それは、彼らが「絡み合っている」からです。 スプーキー接続 片方を操作すると、もう片方も操作できるようになります。 Wignerは、原則として、いわゆる「干渉実験」– 2つのオブジェクトが絡み合っていることを確認して、システム全体の重ね合わせを解明できる量子測定の一種。
ウィグナーと友人が後でメモを比較するとき、友人はコイン投げごとに明確な結果を見たと主張します。 ただし、ウィグナーは、友人とコインを重ね合わせて観察するたびに意見が分かれます。
これは難問です。 友人が知覚する現実は、外側の現実と調和することはできません。 ウィグナーはもともとこれほど多くのパラドックスを考慮していませんでした。 しかし、彼は後で このビューから出発しました、そして量子力学に関する正式な教科書によれば、 説明は完全に有効です.
実験
シナリオは長い間、興味深い思考実験のままでした。 しかし、それは現実を反映していますか？ 科学的には、ごく最近まで、これについてはほとんど進展がありませんでした。 ?アスラフ・ブルックナー ウィーン大学で、特定の仮定の下で、ウィグナーのアイデアが 正式に証明するために使用できます 量子力学の測定は、観測者にとって主観的なものです。
ブルクナーは、ウィグナーの友人シナリオをフレームワークに変換することにより、この概念をテストする方法を提案しました 最初に設立された 1964の物理学者ジョン・ベルによる。 ブルクナーは、ウィグナーと友人の2つのペアを2つの別々のボックスで検討し、それぞれのボックスの内側と外側で共有状態の測定を行いました。 結果をまとめて、最終的にいわゆる評価に使用できます 「ベルの不平等」。 この不平等に違反した場合、オブザーバーは別の事実を持つことができます。
エジンバラのヘリオットワット大学で、3組の絡み合った光子で構成される小規模な量子コンピューターで、このテストを初めて実験的に実施しました。 最初のフォトンペアはコインを表し、他の2つはそれぞれのボックス内でコイントスの実行（フォトンの偏光の測定）に使用されます。 2つのボックスの外側には、両側にも2つの光子が残っており、これらも測定できます。
実験を行う研究者。 著者提供
最先端の量子テクノロジーを使用しているにもかかわらず、十分な統計を生成するためにわずか6光子から十分なデータを収集するのに数週間かかりました。 しかし最終的に、量子力学は実際に客観的事実の仮定と矛盾する可能性があることを示すことに成功しました。不平等に違反しました！
ただし、この理論はいくつかの仮定に基づいています。 これらには、測定結果が光速度を超える信号の影響を受けないこと、および観測者が実行する測定を自由に選択できることが含まれます。 その場合もそうでない場合もあります。
もう1つの重要な問題は、単一光子を観測者と見なすことができるかどうかです。 Bruknerの理論の提案では、オブザーバーは意識する必要はなく、単に測定結果の形で事実を確立できなければなりません。 したがって、無生物検出器は有効なオブザーバーになります。 また、教科書の量子力学では、数個の原子ほど小さくできる検出器を、光子のように量子オブジェクトとして記述すべきではないと信じる理由はありません。 また、標準的な量子力学が大きな長さのスケールに適用されない可能性もありますが、テストは別の問題です。
そこには多くの世界があるかもしれません。 ニック/フリッカー, のCC BY-SA
したがって、この実験は、少なくとも量子力学の局所モデルについては、客観性の概念を再考する必要があることを示しています。 私たちが巨視的な世界で経験する事実は安全なままであるように見えますが、量子力学の既存の解釈が主観的な事実にどのように対応できるかについて大きな疑問が生じます。
一部の物理学者は、これらの新しい展開を、観測に対して複数の結果が発生することを可能にする解釈を強化するものとみなしています。 平行宇宙の存在 それぞれの結果が発生します。 他の人は、それを次のような本質的に観察者依存の理論の説得力のある証拠と見なします 量子ベイズ主義、エージェントの行動と経験が理論の中心的な関心事です。 しかし、他の人はこれを、おそらく量子力学が特定の複雑さのスケールを超えて分解する強力な指針と考えています。
明らかに、これらはすべて、現実の基本的な性質に関する深い哲学的な質問です。 答えがどうであれ、興味深い未来が待っています。
著者について
アレッサンドロ・フェドリツィ、量子物理学教授、 ヘリオットワット大学 とMassimiliano Proietti、量子物理学博士候補、 ヘリオットワット大学
この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.
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