EPRパラドックスはコペンハーゲン解釈を信用できなかった

Dan Hooper,Ph.D.,University of Chicago
EPRのパラドックスを実証するために実施されている実験のイラスト。
電子-陽電子のペアを使用してここで行われているEPRパラドックス思考実験のイラスト。 (画像:クリシュナベダラ/パブリックドメイン)

科学的リアリズムとは何ですか?

アインシュタインは、コペンハーゲンの解釈によると、与えられた粒子が一度に複数の場所にある方法や、複数の速度で同時に移動する方法に不快でした。 議論と考察の年後、アインシュタインは最終的にこれに対抗するために科学的リアリズムとして知られている哲学的立場を取り、主張するように

アインシュタインがそれを見たように、彼らが世界の現実的で明確に定義された状態の存在を信じ、世界はあなたがそれを作るかもしれない任意の観測とは独立して存在すると信じるならば、科学的現実主義者です。 言い換えれば、世界は私たちとは独立して存在する現実的で明確に定義されたものです。 それを観察することによって、私たちは世界についてのことを学ぶことができますが、私たちの観察は世界をそれが何であるかにしません。

アインシュタインの科学的実在論に対する主張は、量子力学のコペンハーゲン解釈とは全く対照的であった。 コペンハーゲン解釈によれば、電子は一度に複数の場所に存在する可能性があるが、電子の観測が行われるとその波動関数が崩壊し、もはや複数の場所に存在するのではなく、一つだけに存在するように変換される。 この解釈は、世界についてのアインシュタインのアイデアや科学的リアリズムへの彼の遵守と互換性がありませんでした。

アインシュタインのブラックホールの拒絶についての詳細をご覧ください。

量子力学の理論は不完全ですか?

アインシュタインはコペンハーゲン解釈に同意しなかったにもかかわらず、量子力学の方程式で行われている予測は、任意の数の実験室の測定およ 量子力学は単に間違っているようには見えませんでした。

1931年、アルベルト-アインシュタインの肖像画を描いた。
ポドルスキーとローゼンとのEPR論文を発表する約四年前の1931年からのアルバート-アインシュタインの肖像画。 (画像: Doris Ulmann/アメリカ議会図書館プリントと写真部門)

そこで、彼は量子力学の理論が何らかの形で不完全であることを実証しようとすることに彼の努力を集中しました。 アインシュタインは、彼が決定論的だった量子力学のより完全なバージョンを見つけることができるだろうと期待し、それは科学的リアリズムと互換

しかし、アインシュタインがコペンハーゲン解釈に対して提起した哲学的異議はすべて主観的であり、量子論のコンセンサス見解が間違っているか不完全であることを他の物理学者に説得することはできなかった。

アインシュタインは、彼の同僚を説得するために、論理的な矛盾を明らかにするか、致命的な欠陥として認識される可能性のあるコペンハーゲン解釈の主要な問題を特定する必要がありました。

量子もつれについての詳細をご覧ください。

量子もつれとEPRパラドックス

アインシュタインは量子論を攻撃すると言うニューヨークタイムズの見出し。
Epr論文の発表後の1935年5月4日付のNew York Times誌の見出し。 (画像:ニューヨーク-タイムズ/パブリックドメイン)

何年もの間、アインシュタインは互いに直接依存する波動関数を持つ粒子のグループについて考えていました。 今日、私たちはそのような波動関数を「絡み合った」と呼んでいますが、この用語は1920年代後半にはまだ造語されていませんでした。

アインシュタインはまだ量子もつれの意味を完全に探求したり理解したりしていなかったが、彼は量子もつれが量子力学のコペンハーゲン解釈の必然的な結果であることを認識していた。 彼はまた、いくつかの特に奇妙な行動が量子もつれに起因する可能性があることを認識しました。

1933年、アインシュタインはナチス-ドイツを逃れた後、プリンストン高等研究所に就任した。 そこで彼は他の2人の物理学者、Boris PodolskyとNathan Rosenと協力しました。 次の2年間で、彼らは「物理的現実の量子力学的記述は完全であると考えることができますか?「この論文には、EPRパラドックスまたはEinstein-Podolsky-Rosenパラドックスとして知られるようになるものの最初の記述が含まれていました。

これは、アインシュタインが間違っていたことをビデオシリーズからのトランスクリプトです。 素晴らしいコースプラスで、今それを見てください。

EPRの論文は、アインシュタインがコペンハーゲン解釈の逆説的な結果として見たものを実証することを目的とした仮説的な実験を記述した。 EPR実験はアインシュタインの最も有名な思考実験の1つでした。

EPR思考実験の多くの異なるバージョンが長年にわたって議論され、提案されてきた。 それらはすべて、互いに近くで始まり相互作用し、その後互いに遠く離れて異なる方向に移動する一対の粒子を含む、同じ基本要素を有する。

より良い後のバージョンの一つは、崩壊しようとしている原子を記述しています。 それは同じ質量を持つ二つの粒子を生成します。 システムは運動量なしで始まるので、運動量の保存の法則は、2つの粒子の総運動量がゼロまで加算されなければならないと言います。 これは、これら二つの粒子が反対方向に、そして等しい速度で原子から離れて移動しなければならないことを意味します。

しかし、これらは速度の値が一意に定義されていない量子粒子です。 代わりに、それらは、測定されたときに特定の速度を有することが見出される確率を計算するために使用され得る波動関数によって記述される。 さらに、任意の測定が実施される前に、これらの粒子の速度は複数の値を有し、同時にすべてを有する。

これらの粒子は原子からかなりの距離を移動し、そうするにつれて互いに分離されるようになると想像してください。 それらが分離された後、あなたは粒子の一つの速度の測定を行います。 たとえば、時速100マイルの速度で移動する粒子を測定するとします。

コペンハーゲン解釈によれば、この測定を行うことにより、粒子の波動関数を崩壊させる。 しかし、EPR実験によると、あなたも何か他のことをしたようです。 そして、これがEPR実験の要点です。

運動量は常に保存されているので、一方の粒子の速度を測定することによって、もう一方の粒子の速度も学習します。 結局のところ、2つの粒子は等しい速度で移動する必要があります。 したがって、一方の粒子の速度を測定することによって、その粒子の波動関数を崩壊させるだけでなく、他方の粒子の波動関数も崩壊させます。 第二の粒子の近くにどこにも到達することなく、あなたは何とかその波動関数を崩壊させました。

アインシュタインは、この種の行動は明らかに不可能であると信じていました。 彼は、ある場所の粒子にできることは何もないと主張し、別の場所の別の粒子に影響を与える可能性があると主張した。 一方、EPR実験は、コペンハーゲンの量子力学の見解に従って、この種のことが起こらなければならないことを示しています。 この異議は、EPRパラドックスの本質です。 アインシュタインは、コペンハーゲンの見解が不完全でなければならない理由を最終的に示したと考えた。 または多分間違っています。

アインシュタインがブラックホールの概念を拒否した理由についての詳細をご覧ください。

NIELS BohrのEPRパラドックスに対する反応

デンマークの物理学者Niels Bohrは、量子力学のコペンハーゲン解釈の主要な支持者の一人であり、アインシュタインの攻撃に対応し、状況を明確にし、おそらく修正することは彼の責任であると感じた。

ボーアは量子力学が有効な理論であると確信しており、アインシュタインの攻撃がその信頼性を不当に低下させることを恐れていた。 だから、ボーアは他のすべてを脇に置き、EPRの論文と量子力学のコペンハーゲン解釈に対する批判に対する回答を策定し、書くのに6週間を費やしました。

彼のEPR論文への回答の中で、ボーアはコペンハーゲン解釈が波動関数の絡み合いにつながるという結論に挑戦しようとしなかった。 それがそうであることは明らかでした。 ボーアは、絡み合いと論理的に矛盾するものは何もないと主張した。 絡み合いは奇妙ですが、それはそれがまた現実ではないという意味ではありません。

量子もつれに反対する可能性のある理由の1つは、それが光よりも速い移動を伴うように見えるということです。 相対性理論によると、何も光の速度よりも速く空間を移動することはできません。

この明らかな問題は、EPR実験で一方の粒子の速度を測定すると、両方の粒子の波動関数が瞬時に崩壊するという事実から来ています。 かなりの距離がこれらの2つの粒子を分離することを考えると、これは宇宙を瞬間的に移動する必要があるようです。

アインシュタインはこれを”距離での不気味な行動”と呼び、相対性理論の中心的な教義に違反しているように見えました。

詳しく調べると、量子もつれは相対性理論に違反しているように見えるかもしれないが、実際にはそうではないことが判明しました。 二つの粒子は、それらの絡み合いを介してリンクされることがありますが、これは光の速度よりも速い速度である場所から別の場所に信号やオブジ

ボーアは、EPRのパラドックスを詳しく見ると、そこにはパラドックスが全くないことが明らかになったことを示していました。 ボーアの反応はアインシュタインの心を変えることはほとんどなかったが、ほとんどの物理学者は彼の反論が説得力があることを発見したようだ。 今日では、EPRの論文はアインシュタインの失策と広く見なされています。

EPRの論文は量子もつれの現象に注意を喚起したが、最終的には量子力学のコペンハーゲン解釈に対して有効なケースを提供しなかった。 アインシュタインは、EPR論文が量子力学のコンセンサスビューに致命的な打撃を与えることを望んでいたが、理論は生き残り、これまで以上に強くなった。

EPRパラドックスに関するよくある質問

Q:なぜEPRパラドックスが間違っているのですか?

アインシュタインは、量子力学の理論が不完全であることを示唆しているように見えるEPRパラドックスが、最終的にコペンハーゲン解釈に関するコンセンサスを収縮させることを期待していた。 EPRのパラドックスは、粒子が光の速度よりも速い速度で移動し、一般相対性理論の障壁に違反することを示唆した。 しかし、これは後に間違っていることが実証されました。 したがって、EPRのパラドックスは間違っています。

Q:絡み合い理論とは何ですか?

もつれ理論では、もつれた量子粒子はもつれたままであり、一方の粒子に対して行われた作用は、たとえその粒子が遠く離れていても、他方の粒子にも同様に影響を与えると述べている。

Q:量子もつれは光よりも速いのですか?

いいえ、量子もつれは相対性理論の規則に従い、光の速度よりも速く移動することはできません。 絡み合ったオブジェクトは同様に動作し、光よりも速く移動するという印象を作り出しますが、実際の移動や光よりも速く通信は行われません。

Q:重ね合わせともつれとは何ですか?

簡単に言えば、量子もつれは、量子粒子のペア間の情報の前後の転送を指します。 一方、量子重ね合わせとは、量子粒子が複数の状態で同時に存在することを示唆する理論を指す。

Dan Hooper,Ph.D.,University of Chicago 電子-陽電子のペアを使用してここで行われているEPRパラドックス思考実験のイラスト。 (画像:クリシュナベダラ/パブリックドメイン) 科学的リ…

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