アルベルト・アインシュタインは 光電効果の理論を通して
量子力学の立ち上げに 重要な役割を果たしましたが
その自然哲学的な意味合いに 悩まされ続けました
多くの方は彼がE=MC＾２という式を 導出したことを覚えているでしょうが
彼の物理学への最後のすばらしい貢献は 1935年に発表された
若き研究仲間であるボリス・ポドルスキーと ネイサン・ローゼンとの共著論文でした
これは風変わりな自然哲学的な論文と みなされて1980年代にまで至りましたが
このEPR論文は最近になって 量子もつれとして知られる奇妙な現象を
記述するものとして
量子力学における新たな理解の 中心をなしています
この理論の考察では それぞれが測定可能な２種の属性をもった
一対の粒子を発生源から 放出することから始めています
各測定では ２つの異なる結果が
等確率で起こります
一つ目の属性をたとえば 「０」と「１」としてみましょう
もう一方の属性を「A」と「B」とします
一旦測定がなされると
それに引き続く測定では
同じ粒子に対して同じ結果が得られます
この話の奇妙な点は
単一の粒子の状態は
測定するまで決まらないばかりでなく
測定することが状態を決めることです
それだけでなく 互いに測定が影響し合います
一方の粒子の状態が「１」であると 測定されたとし
引き続く測定で もう一方の属性を測定すると
それぞれ50％の確率で 「A」か「B」となります
しかし その後 最初の測定をもう一度行うと
いったんは「１」と 測定されていたのにも関わらず
「０」となる確率が50％になります
つまり測定する属性を変えると 元の測定結果をランダムに
新たな値をもたらします
２つの粒子を見ると さらに奇妙なことが起こります
各粒子はランダムな結果を与えますが
この２つを比べてみると
この間には常に完全な 相関関係があることが分るでしょう
例えば 一方の粒子が「０」ならば 他方も常に「０」となる
そのような関係です
このような２粒子は 「量子もつれ」の関係にあります
一方を測定すれば 他方の値を確実に知ることができます
しかし この「もつれ」はアインシュタインの 有名な相対性理論に反するように見えます
というのも 粒子間の距離を 制約するものがないからです
正午 ニューヨークで一方を測定し
その10億分の１秒後に サンフランシスコで他方を測定しても
全く同じ結果が得られます
しかし 測定が値を決めるのだとすれば
一方の粒子が 他方に信号を 光速の1300万倍の速さで
送り届ける必要がありそうですが
相対性理論によると これは起こり得ません
それゆえ アインシュタインは量子もつれを “spuckafte ferwirklung”
「不気味な遠隔作用」として否定しました
彼は量子力学は不完全な理論と結論付け
より深いレベルの物理の 近似に過ぎないのだとし
両粒子が共に 隠れた階層で 値が決定されているのだと主張しました
ニールス・ボーアが率いる 正統派の量子理論支持派は
量子状態は根本的に事前に決定不可能で
量子もつれは 一方の粒子の状態が 遠方の対の粒子の状態に
依存するのだという主張を 崩しませんでした
30年もの間 物理学は この点で行き詰っていましたが
ジョン・ベルは２つの粒子それぞれに対し 異なる測定を組み合わせれば
EPR論争の決着がつくことを示しました
アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼン に支持された「隠れた変数理論」は
結果が事前に決まっているために 「1A」とか「B0」とかいった結果が出る頻度に
厳しい上限を与えましたが
ベルは純粋に量子力学的なアプローチ つまり
物理状態は測定されるまで 全く決まっていないのならば
事前に結果が決まっている場合には 起こりえないような
異なる上限がある事を示し 組合わせ測定の結果を予測しました
ベルがEPR論争の検証方法を示すと
物理学者たちは これを実行に移しました
まずは70年代のジョン・クラウザーや 80年代のアラン・アスペに始まり
EPR予測を検証する何十もの実験がなされ
全て同じ結論を得ました：
量子力学は正しかったのです
事前に決定されない量子もつれの関係にある 粒子の状態の相関関係は事実であり
いかなる隠れた変数によっても 説明することはできないのです
EPR論文の主張は正しくないと分りましたが 素晴らしい理解をもたらしました
主導的な物理学者が量子力学の 基礎について徹底的に考察することにより
この理論はさらに詳しく理解され
量子情報理論といった研究分野の 立ち上げに寄与しました これは今や
未曾有の潜在能力を有するコンピュータ開発の 分野として 研究が盛んになされています
しかしながら 測定結果はランダムなので
量子もつれの関係にある粒子を使って
メッセージを光よりも速く伝えるという SFのようなことは起こりません
ですから 相対性理論は 今の所 無事です
でも量子宇宙は アインシュタインが 信じようとしていたことよりも はるかに奇妙です