奇妙な宇宙実験により、量子力学が言うように、現実はあなたが選択したものであることが確認されました.物理学者は、光の量子または光子が、測定方法に応じて粒子または波のように振る舞うことを長い間知っていました。今回、衛星から光子を跳ね返すことにより、チームは、光子が実験をほぼ完全に通り抜けた後でも、観測者がその決定を下すことができることを確認しました。このような遅延選択実験は、いつの日か、量子論と相対論の間のあいまいなフロンティアを探るかもしれない、と研究者は言う.
他の研究者は、実験室で同じ直感に反する効果を実証しました。しかし、新しい研究は、光子の性質が数千キロ離れた場所でも未定義のままであることを示していると、以前のテストに協力したフランスのパレゾーにある光学研究所の物理学者 Philippe Grangier は言う。 「宇宙で量子物理学を行う能力を実証する、非常に素晴らしい実験です。」
光子は、実験者がそれをどのように測定するかによって、弾丸のような粒子または波打つ波のように振る舞うことができますが、両方を一度に行うことはできません。 1970 年代後半、有名な理論家のジョン アーチボルド ウィーラーは、光子がいずれかの特性を強調するように構成された装置をほぼ完全に通り抜けるまで、実験者は選択を遅らせることさえできることに気付きました。
ウィーラーは、光の波の性質を強調する、いわゆるマッハツェンダー干渉計を通して光子を一度に 1 つずつ送信することを想像しました。鏡のような「ビーム スプリッター」を使用して、干渉計は入射光子の量子波を半分に分割し、2 つの波を異なる経路に沿って送信します。これは、人々がブロックの周りを反対方向に歩いているように見えます。次に、2 番目のビーム スプリッターが波を再結合し、互いに干渉して、光子を 1 組の検出器のいずれかに向けます。どちらの検出器がトリガーされるかは、干渉波で予想されるように、2 つのパスの長さの違いによって異なります。
2 番目のビーム スプリッターを削除すると、干渉が不可能になります。代わりに、最初のビーム スプリッターが、粒子のように光子をいずれかの経路に送ります。パスが 2 番目のビーム スプリッターがあった場所で交差すると、パスの長さに関係なく、検出器は同じ確率でクリックします。ホイーラーは、光子が最初のビーム スプリッターを通過するまで、実験者が 2 番目のビーム スプリッターを取り外すのを待つことさえできることに気付きました。その主張は、奇妙なことに、現在の決定が過去の出来事を決定することを示唆しています:光子が波のように分裂したか、粒子のように1つの経路をたどったか.量子論は、測定されるまで、光子が 両方 のままであると仮定することで、この問題を回避します。 粒子と波。
現在、イタリアのパドヴァ大学の Francesco Vedovato と Paolo Villoresi が率いるチームは、南イタリアのマテーラ レーザー測距天文台にある 1.5 メートルの望遠鏡を使用して、数千キロ離れた衛星から光子を跳ね返す実験のバージョンを実行しました。そのような距離では、物理学者は光に 2 つの平行な経路をとらせることはできない、と Villoresi は指摘している。代わりに、地球上のマッハツェンダー干渉計を介して光子を送信します。この干渉計は、経路の長さが大きく異なります。パスの長さの違いにより、単一のパルスが 時間 で 2 つに分割されます
パルスが戻ると、実験者はそれらを干渉計に戻します。この装置は、2 つのパルスが重なり合って波のように干渉するようにタイム シフトを元に戻すか、干渉が起こらないように 2 倍にすることができます。もちろん、物理学者はどちらが起こるかを選択しなければなりません。パルスが最初に干渉計を離れるとき、それらは異なる偏光を持っています。タイムシフトを元に戻すには、物理学者はまず非常に高速な電子分極を使用して、特定の方法で分極を変更する必要があります。タイム シフトを 2 倍にするために、彼らは分極化をそのままにしておくだけです。
実験者がパルスをオーバーラップさせると、干渉波で予想されるように、光子は衛星の後退速度に依存する確率で1つまたは別の検出器をトリガーします。パルスが干渉できない場合、光子は粒子のように、衛星の速度に関係なく、50-50 の確率でいずれかの検出器に到達します。重要なことに、物理学者は、10 ミリ秒の往復の途中で光が衛星から離れた後にどの測定を行うかを選択します。 .ここでも、遅延した決定は時間をさかのぼって到達し、最初のビーム スプリッターを離れた後の光子の挙動を定義しているようです。
パリの高等師範学校の物理学者であるジャン=フランソワ・ロックは、この実験はホイーラーのアイデアの最も厳密なテストではなく、2007 年により忠実なテストを実施したと述べています。たとえば、そのような長距離にわたって光をすべて見るには、Villoresi と同僚は、Wheeler が指定した個々の光子ではなく、多くの光子を含むパルスを発射する必要があります。それでも、この実験は「量子光学」を実験室から宇宙に持ち出した注目に値する例である、と Roch は言う。 5 月、中国の物理学者は人工衛星を使用して、遠く離れた都市に送られた 2 つの光子の間にエンタングルメントと呼ばれる奇妙な量子接続を確立しました。
遅延選択実験は、相対性理論と量子論の間の境界を探るのに役立つ可能性があると Roch は言う。厳密に言えば、その効果は因果関係に違反していませんが、現在の測定が過去について推測できることを形作ることを示唆することで、それでも緊張を高めます. 「量子力学と相対性理論が混在するこの分野は、まだ比較的未開拓です」と Roch 氏は言います。
