量子のからみあう宇宙： アミール・D・アクゼル

「量子のからみあう宇宙：アミール・D・アクゼル」

内容
相対論とならび、現代科学最大の成果といわれる量子論。その根本に確率論的な性質をはらむこの理論をアインシュタインは生涯認めず、量子論の限界を暴こうとさまざまな思考実験を考案した。そして、量子論が正しければこんなパラドックスが生じるとして、1つの粒子が、まるごと1つの宇宙をへだてた別の粒子に瞬時に影響を及ぼすという「ありえない」現象を考えだした。結局この論争は量子論陣営の曖昧な勝利に終わったが、この現象こそ、のちに「量子のからみあい」として注目されるものだった。アイルランドの天才物理学者ジョン・ベルによって決定的な定理が1964年に発表されたことで、「量子のからみあい」が現実のものか否かを確かめようとする気運は急速にたかまっていく。そして数多の現実的な困難をクリアして考案された、巧妙な実験がくだした結論は、量子論とアインシュタインのどちらに与したのか…!?量子テレポーテーションや量子暗号などの先端技術を可能にし、量子論の奇妙さの中核をなす「量子のからみあい」とは何か?量子論をめぐり「もつれあう」天才物理学者たちの人間模様を映しつつ活写するポピュラー・サイエンス。
2004年8月刊行、266ページ。

著者について
アミール・D・アクゼル
カリフォルニア大学バークレー校にて数学を専攻。オレゴン大学で統計学の博士号を取得。数理科学を主題としたポピュラー・サイエンスを主に書く。


「量子力学（２）朝永振一郎」を３分の２ほど読み進めたところだが、こう暑くては気力が続かない。。。

同じ「量子モノ」でもっと読みやすい「量子のからみあう宇宙」を読んでみた。ほとんど数式はでてこないし、一般書であるにもかかわらず「量子のからみあい」をテーマに量子力学の歴史を可能な限り正確に解説している本だ。似たような本で「テレポーテーション　瞬間移動の夢」という本もあったが、こちらは文体、内容ともにいささかセンセーショナルすぎたので僕の好みではなかった。（さらっと立ち読みで済ませた。）後日追記：「テレポーテーションは実現している。（リンク集）」を参照。

「量子のからみあい」というのは同時に発生する２つの光子などの量子が、空間をへだてても「からみあって」同じ状態を維持するという不思議な現象だ。（量子は光子だけでなく電子をはじめあらゆる微小の素粒子である。）片方の量子でおきる状態の変化は何億光年離れていても瞬間的にもうひとつの量子の状態を引き起こす。２つの離れたところにある量子はあたかも１つの粒子として存在しているのだ。

量子力学では現実の感覚では理解できない不思議な現象が数多く理論的に証明されている。

１）量子には波動性と粒子性が共存していること

２）物理的な状態が同時に無限の数だけ重ねあった状態で量子が存在していること

３）１つの量子は同時に複数の位置に存在していること

４）１つの量子が２つの地点間を移動するとき１本の道筋（経路）のようなものは存在しないこと。

５）量子の運動量と位置、エネルギーと時間を同時に正確に知ることは不可能であるとする不確定性原理

６）マイナスのエネルギーや反物質などの存在を予言し、それらが実験によって検証されたこと

７）真空から電子と陽電子が生成することを予言し、実験によって検証されたこと

８）現在における観測方法の選択が過去の状態に影響を与える（つまり現在の行動が過去に影響を与えること）


そしてこの「量子のからみあい」も不思議さから言えば群を抜いているといえよう。つまりこれはテレポーテーション（物質の瞬間移動）を可能とする基礎理論だからである。

ふつう量子力学の専門書や一般書では１９００年からせいぜい１９４０年頃までの物理的な発見について書かれているものがほとんどだ。しかし量子力学はそれで完結したわけではなく、現代でもなお研究の途上にある。

アインシュタインは最後まで「神はサイコロを振らない」として、量子力学に疑問を持ち続けてこの世を去った。亡くなる前に発表した有名な「EPRパラドックスについての論文」で瞬間的な、つまり光の速度を超えるような量子の情報伝達はあり得ないという難問題を後世の物理学者に残した。１９４０年までに研究された量子力学は理論としての正しさを証明できないままだった。ただ、それが予測するミクロの現象があまりに正確であったため、おそらく正しいのだろうという状況がそれ以降もずっと続いたわけだ。

アインシュタインの死後３０年たった１９６４年にジョン・ベルという物理学者が「ベルの不等式」によって、アインシュタインの言うように物理的な作用は光速を超えて伝わらないという説が正しいかそれとも量子力学が示すように「からみあい」によって瞬間的に伝わるという説が正しいかが判断できるという理論をつくりあげた。（ベル自身はアインシュタインが正しいと思っていたらしい。）

その後、１９７０年代、８０年代にかけて数々の物理学者が「ベルの不等式」を実際の実験で検証しようと努力を重ね、最終的に量子論に軍配が上がったのだ。量子力学の理論としての正しさが実験で証明されたのだ。実験は工夫されて段々と精度が上がっていった。そして１９９７年に「量子のからみあい」を利用したテレポーテーションの実験が成功した。タイムマシンはまだ実現していないがテレポーテーションはすでに現実の技術である。この本を読めばどのようにテレポーテーションがどのようにして行われるかが数式を使わずにわかるのだ。

この「量子のからみあう宇宙」では量子力学のはじまりから、最近の理論に至るまで、数々の科学者がこの「からみあい」にどのように取り組んできたかをていねいにかつ正確に解説している。特に「ベルの不等式」以降の研究を詳しく知ることのできる一般書は数少ないので貴重な一冊だと思う。

ちなみに「からみあい」は英語で「entanglement」という。

最後にテレポーテーションについてのページを４つ紹介しておく。

テレポーテーションのしくみについてのページ２つ。

http://www.m-nomura.com/st/qteleport.html

http://www.gem.hi-ho.ne.jp/katsu-san/sf/telepotation.html

テレポーテーション実験に成功したことを伝えるニュース記事２つ。

http://hotwired.goo.ne.jp/news/technology/story/20011001302.html

http://hotwired.goo.ne.jp/news/20040618301.html

今回読んだ「量子のからみあう宇宙」の目次は以下のとおり。

第１章：「絡み合い」という謎の力
第２章：量子論前史
第３章：トーマス・ヤングの実験
第４章：プランクの定数
第５章：コペンハーゲン学派
第６章：ド・ブロイのパイロット波
第７章：シュレーディンガーの方程式
第８章：ハイゼンベルクの顕微鏡
第９章：ホイーラーの猫
第１０章：ハンガリー人数学者　フォン・ノイマン
第１１章：アインシュタイン登場
第１２章：ボームとアハラノフ
第１３章：ジョン・ベルの定理
第１４章：クローザー、ホーン、シモニーの夢
第１５章：アラン・アスペ
第１６章：レーザーガン
第１７章：三つの粒子の絡み合い
第１８章：１０キロ実験
第１９章：テレポーテーション
第２０章：量子の魔術

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