科学者たちは現実の性質を再考している

測定の精度が量子力学によって設定された不確実性の限界に近づくと、結果は測定デバイスとシステムの間の相互作用のダイナミクスに依存するようになります。 この発見は、量子実験がしばしば相反する結果を生み出し、物理的現実に関する基本的な仮定と矛盾する可能性がある理由を説明する可能性があります。

研究と結果を分析する

広島大学の 2 人の量子物理学者は最近、ゲージ相互作用の力学を分析しました。ゲージ相互作用では、物理的特性の値はゲージの状態の量子変化によって決定されます。 これは難しい問題です。量子論では、システムがその物理的性質の「固有状態」と呼ばれる状態にない限り、物理的性質の値を決定できないからです。固有状態とは、物理的性質が決定される非常に小さな特殊な量子状態のセットです。という性質を持っています。 固定値。

研究者らは、測定相互作用中のシステムのダイナミクスを記述する際に、システムの過去に関する情報と未来に関する情報を組み合わせることで、この根本的な問題を解決しました。これは、物理システムの観測可能な値が測定ダイナミクスに依存することを示しています。 これが観察される相互作用。

量子論によれば、測定結果は、測定の相互作用によって引き起こされるシステムの過去と未来の関係の変化によって形成されます。 画像クレジット: 松下智則氏、ホルガー・F・ホフマン氏、広島大学

研究チームは最近、研究結果を雑誌に発表しました。 フィジカルレビュー調査。

「異なる実験結果を同じ物理的現実と調和させることはできないため、量子力学の解釈については多くの意見の相違があります」と、広島大学大学院先進理工学研究科のホルガー・ホフマン教授は述べた。

「この論文では、測定相互作用の力学における量子の重ね合わせが、メーターの応答に見られるシステムの観測現実をどのように形作るかを研究します。これは、量子力学における『重ね合わせ』の意味を説明するための大きな一歩です」とホフマン氏は述べた。 。

重ね合わせと物理的現実

量子力学では、重ね合わせとは、適切な測定が行われた場合には明確に区別できるにもかかわらず、2 つの可能な現実が共存しているように見える状況を表します。 研究チームの研究を分析すると、異なる測定が行われた場合、重ね合わせによって異なるタイプの現実が記述されることが示唆されています。 オブジェクトの現実性は、オブジェクトとその周囲の環境との相互作用によって決まります。

「私たちの結果は、物体の物理的現実を、過去、現在、未来の環境とのあらゆる相互作用の文脈から切り離すことはできないことを示しており、私たちの世界は単なる物体の構成に還元できるという広く信じられていることに反する強力な証拠を提供します」 」 「物理的な構成要素です」とホフマン氏は言う。

量子論によれば、測定で観測される物理的特性の値を表すゲージシフトは、ゲージが系の状態を乱す逆作用変動に起因する系のダイナミクスに依存します。 考えられるさまざまなシステムダイナミクス間の量子重ね合わせにより、測定デバイスの応答が形成され、それに特定の値が割り当てられます。

著者らはさらに、システムのダイナミクスの変動はゲージの相互作用の強さに依存すると説明しました。 弱い相互作用の限界では、システムのダイナミクスの変動は無視でき、カウンター シフトは、物理特性とそれに関連するダイナミクスの間の関係を表す古典的な微分方程式であるハミルトン ヤコビ方程式から決定できます。

測定の相互作用がより強い場合、異なるシステムダイナミクス間の複雑な量子干渉効果が観察されます。 完全に分解された測定には、システムのダイナミクスの完全にランダムな分布が必要です。 これは、すべての可能なシステムダイナミクスの重ね合わせに対応し、量子干渉効果は、物理特性の固有値に対応する量子プロセスのコンポーネントのみを決定します。

固有値は、学校の量子力学によって測定結果に割り当てられた値です – 正確 光子 数字、スピンアップまたはスピンダウンなど。 新しい結果が示すように、これらの値はダイナミクスの完全にランダムな分布の結果です。 システムのダイナミクスが完全にランダムではない場合、さまざまな値を考慮する必要があります。

量子測定の理解への影響

興味深いことに、この観察は、測定結果を使用して現実を説明するための新しい視点を提供します。 一般に、局所的な粒子や整数のスピン値は測定に依存しない現実の要素であると考えられていますが、これらの研究結果は、これらの値が十分に強い測定における量子干渉によってのみ生成されることを示しています。 経験的データの意味についての私たちの理解は、根本的な修正が必要になるかもしれません。

ホフマン氏と彼のチームは、多くの量子実験で観察された矛盾した結果をさらに解明することを楽しみにしています。 「文脈依存の事実は、一見矛盾しているように見える広範囲の量子効果を説明できます。私たちは現在、これらの現象についてより良い説明に取り組んでいます。最終的な目標は、量子力学の基本概念をより直観的に理解し、量子力学の基本的な概念をより直観的に理解し、量子効果によって引き起こされる誤解を回避することです。」 「微視的な物体の実在に対する素朴な信念」

参考文献: 「システムとスケール間のコヒーレントな量子相互作用のダイナミクスに対する測定結果の依存性」松下智典氏およびホルガー F. ホフマン氏、2023 年 7 月 31 日、 フィジカルレビュー調査。
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

この研究は科学技術振興機構から資金提供を受けました。