科学者たちはついに奇妙な量子物理学のアイデアを証明するアインシュタインは嫌い

画像:Kent Schimke / Flickr

物理学の方程式は、私たち人間が宇宙を理解するために作成したものであり、宇宙の固有の特性からそれらを解きほぐすのは難しい場合があります。科学者が思いついた最も奇妙なことの1つである、アルバートアインシュタインが「遠隔作用」と嘲笑的に呼んだことは、単なる数学ではありません。それは現実の事実です。

この概念はエンタングルメントとも呼ばれ、かつて相互作用したパーティクルが、それらの間の分離に関係なく接続を共有できるようにするものです。英国の物理学者のチームは、いくつかの密な数学を使用してアインシュタインを怒らせる結論に達し、量子力学の奇妙さが単なる数学の話なのか、それとも生来の物理的要件を話しているのかを証明するための重要な一歩を踏み出しました。彼らの数学的証明の主な仮定は、新しい物理理論は高校で学んだ物理と下位互換性があるべきであるということです。

ロンドンのインペリアルカレッジのジョナサン・リケンズ氏はギズモードに、「アインシュタインの観点からすると、一種の驚くべき結果です。絡み合いがなければ自然の描写はあり得ません」と語った。「ほとんどの物理学者は、量子論を超えて、より豊かでより深い自然の理論があると信じています。この理論には絡み合いが必要です。」

量子力学は、光子や電子などの自然の最小単位の振る舞いを説明する理論です。粒子は波のように振る舞い(逆もまた同様)、それらを観察する前に、科学者は確率を使用して粒子の特性を説明することしかできません。「このボールは青い」と言うのではなく、「このボールが青いか緑である可能性があります」としか言えません。ただし、これらのボールの2つが相互作用すると、絡まる可能性があります。つまり、両方のボールのプロパティを同時に記述する必要があります。ボールの1つの色を測定することは、ボールがどれだけ離れていても、他のボールの色がどうなるかを直接意味します。

科学者はもつれを観察することができます。中国の科学者 は、たとえば、地上局の光粒子と100km離れた衛星との間にこの特別な粒子間接続を設定しました。彼らは、古典物理学の法則だけでは存在し得なかった、宇宙と地球上の軽い粒子間の相関関係を観察しました。アインシュタイン、どういうわけか、光子が実際に互いに近くにいることなく、即座に互いに影響し合っていることを意味するため、エンタングルメントを嫌っていました。

昨日PhysicalReview Lettersに掲載されたRichensのチームの新しい論文は、絡み合いを観察していません。代わりに、「この研究の主な貢献は、量子論の最も興味深く直感に反する側面の1つであるエンタングルメントが、古典物理学よりも「基本的」な物理理論の避けられない特徴であるという説得力のある議論を提供することです」、CiaránLee、この論文に関与していないロンドン大学ユニバーシティカレッジの研究者はギズモードに語った。「ここでの「基本的」とは、そのような物理理論に古典物理学がある程度含まれていることを意味します。」Xbox 360がXboxと下位互換性があるように、古典物理学と下位互換性のある理論には、エンタングルメントが必要です。

チームの難解な証明には、非常に高度な数学がたくさん必要ですが、Richensは、古典的および量子コンピューターのビット、つまりキュービットを使用した簡単な例を示しました。2つの通常のコンピュータービット(0と1の値しか想定できないもの)を簡単な操作で相関させることができます。最初のビットがゼロに等しい場合、2番目のビットを反対の値にします。最初のビットが1に等しい場合は、2番目のビットはそのままにしておきます。

しかし、この操作を量子ビットに適用した場合はどうなるでしょうか。キュービットは、通常のビットのように0または1であるだけでなく、測定するまで0または1である確率があります。リケンズは、上記の操作がキュービットのペアで機能する場合、エンタングルメントはその醜い頭を証明に後押しすると説明しました。彼らの論文は、「遠隔作用」が避けられないことを発見しました。

この論文は、量子力学の本質を説明し、宇宙についての単純な仮定に基づいてそれを導き出すためのより大きな運動の一部に該当すると、オーストリアの量子光学量子情報学研究所のグループリーダーであるMarkusMüllerは説明しました。調査。Leeは、量子が古典物理学と下位互換性があるのと同じように、量子物理学と下位互換性のある理論があるかどうかを調べようとしています。たとえば、アインシュタインの相対性理論は、教科書の物理学を単純化するもう1つのより高度な理論であり、その機構は、たとえば光速が一定であるという宇宙のいくつかの基本的な仮定から外れています。「私たちはここでも同じことをしようとしています」とミュラーは言いました。

これは数学的な証明ですが、著者が作品に含めた仮定と定義と同じくらい強力であることに注意することが重要です、とリーは説明しました。彼は、潜在的に議論の余地があるが、それでもやる気のある仮定の1つを見つけました。

そして、長い道のりがあります。物理学者は、理論全体ではなく、量子力学の1つの(奇抜ではあるが)部分を証明しただけでした。リケンズ氏は次のように述べています。「量子論全体を導き出すとしたら、それは非常に大きなことです。」

[ PRL ]

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