20 世紀は、今日の最も重要な 2 つの物理学理論、特殊/一般相対性理論と量子力学を生み出しました。これらの 2 つの理論は、空間とは何か、時間とは何か、物質とは何かという問題において人類に付随してきました。彼らは私たちにこれらの実体を特徴付ける方法を教えてくれました.
大成功を収めたにもかかわらず、すべてがスムーズで親切だったわけではありません。相対性理論と量子力学を同じ問題に同時に適用することはできません。そうしようとすると、矛盾が生じます。矛盾は、各理論の非常に基本的で最も主要な側面から生じます。相対性理論における局所性、因果関係、および決定論。量子力学における絡み合い、反因果的事象、および確率論的結果。これらの側面に関する何十年にもわたる研究は、アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼン [1] の間の議論に最初に触発されました。これは、EPR パラドックスとして知られるようになり、量子力学が完全な理論であるかどうかに関係しています。
この矛盾は、Bohm の思考実験 [2] で最もよく説明されており、遠く離れた物質で実行された測定結果は、この物質が絡み合っている場合、即座に互いに影響を受けると結論付けられています。
エンタングルメントは、2 つ以上の粒子のセットが全体としてしか記述できず、個々のエンティティとして記述できない場合に、量子力学で発生します。これにより、粒子が大きく離れている場合でも、各粒子の状態が他の粒子の状態に依存するようになります。
もつれの結果は、特殊相対性理論によって時空に課せられる局所的な因果関係とは対照的であるように思われます。これは、私たちが考え、科学的研究を行うための基本的な原則を構成する一連の原因と結果です。特殊相対性理論の力とは、ある事象が将来の光錐の外側にある別の事象に影響を与えるのを防ぐ、光錐の形をした時空の因果構造です (図 2 を参照)。
量子システムに埋め込まれた非局所的な動作に対する提案された解決策は、隠し変数の存在です。隠れた変数は、研究対象の振る舞いを決定するパラメーターですが、考慮されていないため、この意味で私たちから「隠されている」ものです。ボームの思考実験が明るみに出た直後の 1964 年、ジョン ベル [3] は、隠れ変数を使って量子力学を完成させるという希望が失われたことを示しました。
ベルは、(局所) 隠れ変数のすべての理論が満たさなければならない不等式を構築し、量子力学がこの不等式に違反していることを実証し、局所隠れ変数を通じて量子力学の非局所現象を説明することは不可能であると結論付けました。ベルの結論の結果は、奇妙に見えるかもしれませんが、宇宙のある惑星の物質は、宇宙の他の遠い惑星の物質によって与えられた指示を通じて、どのように「振る舞う」かを知っているかもしれないという事実です。さらに、瞬時に!
しかし、量子力学には、まだ説明されていない何かがあります。それは、決定論の結果である事実性です。最近発表された論文 [4] では、これが考慮されました。これが意味することは、粒子が時間 t0 で状態 A から進化することです。 、状態 B へ、時間 t1 、決定論的な方法で、つまり、十分な初期条件が与えられた状態 B を予測できること、および状態 B が時間 t1 で発生した場合 、初期条件が与えられた場合、システムが取り得る唯一の状態です（図3を参照）。しかし、いくつかの条件は依然として隠れ変数の形で隠されている可能性がありますが、進化が真に決定論的であることだけは確かです。
では、同じ実験を繰り返し行った場合、量子力学では必ずしも同じ結果が得られないのはなぜでしょうか?言い換えれば、なぜ自然現象の統計的解釈しか提供しないのでしょうか?ここで、時空には局所的な因果構造が与えられているという事実をもう一度強調する必要があります。これは、特定のイベント E に影響を与える可能性のあるものはすべて、過去の光円錐内にある必要があることを意味します。いつでも t0 の場合、超曲面 t =t0 の初期条件にしかアクセスできない可能性があります E の過去の光円錐に囲まれている (図 4 参照)。私たちが知らないこの地域以外の情報は、イベントの将来の進化に影響を与える可能性があり、確実に影響を与えます。
著者の定式化の根底にあるのは、ベルが彼の不等式を構築するためにいくつかの仮定を行ったということですが、それらは決定論的なシナリオでは正しくありません。粒子の進化に真の決定論を加えると、ベルの不等式は構築できません。現在、ベルの不等式を構築できないことを考えると、局所的に説明するために量子力学が満たさなければならない以前の制限はもはや存在しません。
さらに、すべての決定論的ローカルシステムが満たさなければならない特定の不等式を構築することができます。これは上記の参考文献で行われており、量子力学が常にこの不等式を満たすことが示されています。このように、著者らは、量子力学の形式主義から生じる現象は、決定論を追加するときに、少なくとも特殊相対性理論 (まだ一般相対性理論ではない場合) の要件を順守して、局所的な方法で解釈できると結論付けています。
そして、もつれはどうですか？エンタングルメントは、決定論的なシナリオでは常に共通の原因を必要とすることを強調することが重要です。2 つのエンタングルされたシステムが互いにどれだけ離れているかに関係なく、特定の時間にエンタングルされたシステムの動作が発生します。これは、すべてを因果関係のある過去に接続する橋であるイベント光円錐が、時間を遡ると常に交差するという事実により、常に可能です (図 5 を参照)。
著者は、この作品の画像について、ICN、UNAM のサイエンス コミュニケーション ユニットの Aline Guevara に感謝したいと思います。この作品は、メキシコ国立自治大学の Natalia Sánchez-Kuntz と Eduardo Nahmad-Achar によって寄稿されました。
参考文献
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