「すべて逆になった光子」とは？

　日本のグループの実験では、干渉計の中の粒子がある場所に存在する確率がマイナス１になりました。
「確率マイナス1の光子」が果たして実在なのか、という疑問が生じる。
しかし、この場合「マイナスの確率」というのは、何かが負の数だけある、というのと同じで、意味をなさない。

　光子の数がマイナスなのではなく、物理的な特性が「すべて逆になった光子」が正の数だけ存在するとみるべきだ。
普通の光子は振動数に比例する正のエネルギーを持つが、この光子は同じ大きさの負のエネルギーを持つ。
偏光の方向も、通常の光子とは逆になる。

　普通、粒子の数の測定は、強い測定だが、弱い測定では、粒子の数を数えるのではなく、代わりに粒子の何らかの物理的性質を測定することになる。
測定値が負の値になったら、それはその性質が通常と逆であることを意味しており、粒子の数が負になるわけではない。
例えば粒子の質量について弱い測定を行い、負の値が出たら、その粒子は負の質量を持つということだ。
相対性理論においては質量はエネルギーと等価なので、粒子は負のエネルギーを持つことと同等だ。

　物理的性質が逆の粒子というのは、反粒子とはまったく異なる。
反粒子は、電荷やスピンなどが逆になっているが、質量は粒子と同じ正の値で、従って正のエネルギーを持つ。
しかし、「すべて逆になった光子」は、質量やエネルギーを含め、すべての物理的性質が逆になっている粒子であり、まったく新しい概念だ。

　実験では、最初に干渉計に入れるのは普通の光子ですが、それが干渉計の中では、物理的な性質が逆になった不思議な光子になり、実験装置から出てきた時には、また普通の光子に戻るということになる。
そして、最初に光子を入れる時に強い測定をして、同じ方向から来る光子だけを選んでいる。
干渉計の中で弱い測定を行い、最後に出てきた光子に再び強い測定を行って、特定の方向に出てきたものだけを選択する。
干渉計の中で、負の数だけ存在しているかのような光子は、その物理的性質が普通とは逆になっている。
この光子は実在するが、弱い測定でしか見ることはできない。

　弱い測定の理論が、量子力学を理解する上で重要なことは、この考え方が量子力学だけでなく、「時間」というものについて新しい見方を開くだろうということだ。
これまで私たちは、時間は常に過去から現在へ、現在から未来へと一方向に流れるものと考えてきた。
だが、量子力学によれば、自然には時間が逆方向に流れるような現象もある。

　時間についての新たな見方は、量子力学を宇宙に適用する試みにおいて、新たな手がかりを与えてくれる。
私たちのこの宇宙は、それ自体、１つの大きな量子系だ。
過去に始状態が、未来に終状態があり、今はその中間にある。
現在の宇宙のありようは、過去と未来に存在する２つの境界条件によって決められている。

　これまで私たちは、宇宙の始状態から現在に至る過程のみに注目してきた。
しかし、終状態も時間を遡って現在に影響を与えている。
宇宙の現在の状態は、過去から現在までを語るヒストリー・ベクトルと、宇宙が未来に向かってどう変わっていくかを語るデスティニー（運命）・ベクトルの両方によって記述される。

　この考えは物理学にとどまらず、進化論などあらゆる分野に波及し、その理解に大きな変化をもたらすだろう。
時間こそ、自然と、物理と、生命を理解する上で最大のミステリーである。
私たちは時間というものについて、新たな見方を求めるべき時期に来ているのではないか。

　宇宙全体に量子力学を当てはめる考えとしては、宇宙全体が量子的な重ね合わせになっており、無数の状態が並行して実在すると考える「多世界解釈」があるが、この考え方とは異なっている。
多世界解釈では、量子力学的な重ね合わせになった宇宙がすべて実在し、それを見る私たちも、宇宙の数だけ重ね合わせになっていると考える。
未来に向かうにつれて、宇宙の数はどんどん増える。
実現可能性がある宇宙は膨大にあるという点には賛成だが、そのすべてが実現しているとは思わない。
無数の重ね合わせ宇宙の中のたった１つが、宇宙の終状態への道筋を記述するデスティニー・ベクトルによって選ばれ、実現しているものと思う。
宇宙の終状態は１つだけで、そこに至る現在の宇宙も１つだけであり、ほかの宇宙は存在しない。

　しかし、伝統的な量子力学の考え方では、量子的な重ね合わせは外から観測することによって壊れ、ただ１つの状態に収束するとされている。
ただし、この考え方を宇宙に当てはめると、宇宙を外から観測できる神のような存在が必要になり、物理学とは相容れないとの意見もある。
しかし、だからといって宇宙の終状態を選ぶ神が必要になるのではなく、宇宙の始状態と終状態を決めるのは、宇宙にもともと備わっている特質であり、当然、神が選択する必要はない。

　伝統的な量子力学では、量子的な重ね合わせ状態を観測すると、どれか１つの状態がランダムに実現し、あとは消えると考える。
一方、多世界解釈では、観測すると状態が１つになるのではなく、観測者の方が重ね合わせになり、あらゆる状態が等しく実現しているとみる。
宇宙の数はどんどん増え、それぞれが異なった終状態に行き着く。

　アハラノフは、実現する状態は観測によってランダムに選ばれるのではなく、未来の状態によって決定されると考えている。
まだ見ぬ宇宙の終状態がただ１つ存在し、そこに行き着く宇宙だけが時間を遡って選択され、実現するとの見方だ。
現在の宇宙が２つのベクトルで記述されるという考えは、始状態と終状態の選択による弱い測定のアイデアは受け入れられつつあるが、宇宙全体に一般化できるかどうかは、また別の話である。