アインシュタインの「不気味な遠隔作用（量子もつれ）」を解説 -

アインシュタインの「不気味な遠隔作用（spooky action at a distance）」は、量子もつれの現象を指している。これは量子力学の概念で、2つの粒子間の距離に関わらず、2つ（またはそれ以上）の粒子が本質的にリンクし、その結びつきが非常に強いため、片方の粒子の状態が即座にもう一方の粒子の状態に影響を与えるというものである。この現象は、相対性理論の局所性の原則に反するため、アインシュタインにとって大きな課題であった。

「不気味な遠隔作用」の概念を日常の経験、例えば他者との関係について考えるためにどのように使えるのであろうか？ それについて、このギャラリーで探求する。詳しくはクリックしてご覧あれ。

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ノーベル物理学賞 -

2022年、ノーベル賞は量子もつれという謎めいた概念の理解に貢献した3人の科学者の業績を讃えた。写真はその受賞者の一人、アラン・アスペである。

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量子もつれ -

量子もつれは長い間、科学者たちを悩ませてきた。簡単に言うと、この現象は「もつれた対」の一方の粒子が、もう一方の粒子の状態によって影響を受けることを意味する。これには、粒子同士の距離やその間に何があっても関係ない。

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一つの粒子がもう一つの粒子について語る -

そのもつれは非常に広範囲で、1つの粒子について何かを測定することで、もう1つの粒子に関する情報を得ることができる。この現象は「たとえそれらが何百万光年も離れていても」成り立つ。

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不気味な遠隔作用 -

なぜ量子もつれは科学者にとってこんなにも頭を悩ませるテーマであるのだろうか？それは、アインシュタインが「不気味な遠隔作用（spooky action at a distance）」と呼んだ理由があるからである。実際、1970年代まで、科学者たちはそれが本当に存在するのか疑問に思っていた。

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量子重ね合わせ -

この概念がなぜ奇妙であるのかを説明するためには、量子力学の重要な概念である「量子重ね合わせ」の理解が必要である。

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同時に複数の状態 -

粒子は測定されるまで複数の状態に同時に存在している。量子重ね合わせでは、粒子は「重ね合わせの中の状態の一つを選ぶ」ことになる。

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例 -

これはどのように見えるのだろうか？Science Exchangeでは、良い例を挙げて説明している。それは、池を想像することだ。池の表面の異なる2つの点に、同時に触れることができるというものである。

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複雑なパターン -

2つの点から波が広がっていく。そして、最終的にその波は重なり合い、複雑なパターンを形成することになる。

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波動的性質 -

量子科学では、粒子は数学的な波動的性質を持ち、それらも重ね合わせの状態になる。これらの波は方程式として表現され、電子の速度や位置など、特定の物体に関する情報を提供する。

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重ね合わせ -

したがって、電子のような物体が重ね合わせの状態にあるとき、そのすべての状態は結果としての可能性と見なすことができる。それぞれの可能性には確率が割り当てられている。

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シュレーディンガーの猫 -

もしそれが理解しづらいと感じるなら、有名なシュレーディンガーの猫の実験を考えてみてほしい。猫は毒が入った箱に閉じ込められる。そして、猫が1時間以内に死ぬ確率は50%である。つまり、猫が死なない確率も50%であるということだ。

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観測が猫が生きているか死んでいるかを決定する -

これが量子重ね合わせとどう関係するかというと、1時間後、シュレーディンガーは猫が死んでいる状態と生きている状態が重なり合っていると主張したのである。シュレーディンガーにとって、猫が生きているか死んでいるかを決定するのは観測の行為である。

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不確定性 -

これは猫が文字通り両方の状態にあるという意味ではなく、物体の状態が測定または確認されるまで決まっていない不確実性を指している。

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回転するコイン -

これは回転するコインのようなものだ。コインが回っている間、それは表と裏の両方の状態にある。同様に、回転している粒子も上下の状態にある、つまり、それらが測定されるまでその状態は確定しない。そして、各「状態」には確率が関連付けられている。

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光の速さ -

では、量子もつれがなぜ「不気味（spooky）」と呼ばれるのだろうか？『Space magazine 』が説明するように、もし私たちが10光年離れた場所に住む異星人を発見したとしたら、そのメッセージが彼らに届くには10年かかり、返事が届くにはさらに10年かかることになる。

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速度は増加しない -

アインシュタインによれば、最大の速度は光の速度である。それは増加することのない速度である。ここで「不気味な部分」が登場する。

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光速を超える -

量子もつれの観測は、粒子が互いにどれほど離れていても、またその間に何があっても、情報を瞬時に交換することを意味しており、実質的に光速の制限に逆らっている。

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コインを投げる -

Space Magazineは、この概念を理解しやすくするためにコインの例えを使っている。コインがどちらかの面に着地する確率は、一般的に50%と考えられている。

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影響力のある結果 -

2人の人が2枚のコインを持っていると想像してみてほしい。彼らはそれぞれコインを投げているが、毎回の確率が50%ではなく、1枚のコインの結果がもう1枚のコインに影響を与える。

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結果が異なる可能性が低い -

これは、2枚のコインが何度も投げられるほど、互いに異なる結果になる可能性が低くなることを意味している。

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量子もつれを私たちの人間関係に適用する -

この理論は興味深く、量子科学の重要な特徴であるが、それはまた、私たちの生活や他者との関係を見つめ直すための視点も提供している。

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偶然 -

人々の間には、説明できないが意味のある偶然が起こることがある。科学的に証明することは難しいが、それでも考えてみる価値のある面白い現象である。

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カール・ユング -

心理学者カール・ユングは、「シンクロニシティ」という言葉を、直接的な因果関係がないように見える事象の相互関係を指すために使った。

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シンクロニシティ（同時性） -

量子もつれの概念を使って、日常生活の中で他者との関係におけるシンクロニシティについて考えることができる。例えば、友達に電話をかけたとき、相手が電話に出て「ちょうどあなたのことを考えていた」と言われたことはないだろうか。

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人間関係 -

量子もつれが実際に人間関係を説明できるかどうかを調査している研究がいくつかある。それは、量子過程を活用する神経学的構造に関するものだ。

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一貫した経験 -

この理論はまだ実証的には乏しいが、量子もつれを通じて個々のニューロンが人々の間で一貫した経験を生み出すと主張している。

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推測的 -

さらなる研究が行われるまで、量子もつれのこの推測的な応用は主に比喩的なものにとどまるが、それでも個々の人々の相互に繋がった性質について考える興味深い方法を提供している。

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感情を数学的な枠組みで捉えること -

もしシンクロニシティや共感、直感までもが、科学的な枠組みの中で数学的に説明できるとしたらどうだろうか？まだ哲学的な解釈に過ぎないが、量子力学は私たちの世界、経験、そして自分自身を神秘的な方法で見つめ直すことを可能にしている。

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出会い系アプリ -

実際、カリフォルニア大学情報科学研究所（ISI）の研究者たちは、量子物理学から導き出された手法を用いて、オンラインデートサイトのアルゴリズムのさらなる開発に取り組んでいる。

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愛は定量化できる -

これらの研究者は「愛は定量化できる」と信じており、そのため、特定のパターンを識別し、鋭敏化することによって、アルゴリズムが「不気味な遠隔作用」の特性のいくつかを活用して、互換性のある人々をマッチングできると考えている。

出典: (Astronomy) (Science Exchange) (Space) (SnoQap) (Medium) (University of California’s School of Engineering) (Caltech)

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