●量子力学(アインシュタインと量子力学)

 1933年、アインシュタインは、ドイツを去りアメリカに渡った。ニュートン以来の天才として、熱狂的に迎えられたが、彼の心を占めていたのは、量子力学への疑問だった。アインシュタインの量子力学への疑問は二つであった。一つは、「シュレーディンガーの猫」に示された観測の奇妙さであった。人間が見ると、一瞬にして物質の状態が変わるとする量子力学の考え方である。そして、もう一つは、確率でしか未来を予測できないとする考え方であった。アインシュタインは、その二つの疑問を合わせて、量子力学全体を否定する根拠を探し求めた。2年後、アインシュタインは、若き同僚ポドルスキー、ローゼンとともに一つのパラドックスを提示した。このパラドックスは、「シュレディンガーの猫」と同じように、観測の奇妙さを示し、量子力学者たちでさえ思いつかなかった大きな問題を提起していた。
 光を波だと考えると振動していることになる。一定の角度で振動している光を、偏った光:偏光という。光の振動の角度は、サングラスやカメラのフィルターでおなじみの「偏光レンズ」によって観測できる。光は、振動の角度が偏光レンズの傾きに一致すれば通過するし、垂直ならば通過することはできない。これを光の粒一つずつで考えるとどうだろう。量子力学では、光の一粒は、すべての振動の角度が雲のように重なり合っていると考える。この雲のような光の粒が、偏光レンズと出会った瞬間、振動は偏光レンズの傾きに一致する角度か、垂直な角度のどちらかに変えられる。どちらの向きに変えられるか、偏光レンズを通るか通らないかを予測することはできない。この量子力学特有の考えを使って、アインシュタインは、つぎのようなパラドックスを提示した。  

 「一粒の光が、偏光レンズに出会ったときの不規則な通り方、これは、今さら驚くことではありません。量子力学では、おなじみの考え方です。しかし、これを原子から左右に飛び出すペアとなった二つの光の粒で考えると、どうでしょう。量子力学では、通る通らないは、でたらめですから、左と右の通り方に何の規則性もないはずです。ところが、同じ量子力学の理論によれば、光の粒は左右ともに通る場合は通る、通らない場合は通らないことになります。これは一体どうしたことでしょうか。それぞれは、でたらめのはずのことが、左右で、なぜ一致するのでしょう? 左右の光の一致は、左の偏光レンズを取り外しても起こります。右の光が、偏光レンズによって角度を変えられると、左の光は、やはり同じ角度に変えられてしまうのです。なぜ、偏光レンズもないのに、角度が決まってしまうのでしょう。さて、これからが、量子力学が予測する最も奇妙なところです。左右の光は、分かれる前に、あらかじめ振動の角度を決めているのかも知れません。そこで、光が分かれた後に、右の偏光レンズの傾きを素早く変えてみましょう。そうすれば、あらかじめ決めた角度と偏光レンズの角度は、異なってしまいます。ところが、量子力学の予測では、左右の光の角度は、それにもかかわらず、一致してしまうのです。これでは、右の角度を変えたことが、左の光にも瞬時に伝わったとしか言いようがありません。こんな奇妙な結果を導く量子力学は、本当に正しいのでしょうか。」  

 量子力学によれば、たとえ、宇宙空間を遠く隔てても、一方の観測が一瞬のうちに他方に影響を及ぼすことになる。それは、あたかも、地球でサイコロの五の目を観測した瞬間、月のサイコロも五の目に決まるかのようである。光の速度で、1.3秒もかかる距離を隔てて、観測による影響が一瞬のうちに伝わるとしたら、光の速度を超えた信号があるのだろうか。

 アインシュタイン曰く「遠く離れた物質が、瞬時に影響し合うはずがありません。相対性理論によれば、光の速度よりも速く伝わる信号はないのです。これでは、テレパシーの存在を認めるようなものです。」
 自然は、人間とは独立した美しい秩序を持つべきであるとするアインシュタインの量子力学批判。アインシュタインが突きつけたパラドックスに、根本的に答えることができないまま、量子力学は理論を発展させていった。アインシュタインの友人達は一人また一人と、量子力学の信奉者へと変わっていった。プリンストン高等研究所への道すがら、彼は、こうつぶやいた。「私は、相対性理論の百倍も量子力学について考えている。」量子力学をめぐる苦悩の中で、アインシュタインの孤独は深まっていった。
 アインシュタインが提出した上記のパラドックスは、頭の中の実験:思考実験だった。しかし、50年の歳月を経て、ようやく実際に実験で確かめることができるようになった。イギリスのスターリング大学、クラインポッペン-ダンカンの実験である。一つの原子から発生した二つの光の粒を左右に放ち、偏光レンズの傾きを変えて、その通り方を観測していくのである。
 クラインポッペン曰く「アインシュタインは、正直な物理学者ですから、この実験に、たいへん興味を示すでしょう。しかし、彼は、離れたものは独立して存在するという、自然の認識を捨てないでしょう。そして、また新しいパラドックスを考えてくるに違いありません。」

 神秘的な相関関係:アインシュタインがあり得ないとした二つの光の粒の一致が実験の結果、見られたのだった。
 月と地球を通い合う光。量子力学は、二つに分かれた光の粒が、月と地球、いや、もっと遠く宇宙を隔てても、切り離すことのできない関係にあることを明らかにした。レンズを通るか通らないかの一致が、どんなに距離をおいても、瞬間に伝わるとすれば、光の速度を超えた何かがあるのだろうか。
 アインシュタイン曰く「幽霊のようなテレパシー。確率だけの予測。それを物理学と呼びたくはありません。自然は、もっと単純な美しさを持っているはずです。」
 ボーア曰く「その理論が正しくないなら『単純な美しさ』など何の意味も持たないのです。私たちは、古典物理学に慣れすぎました。ミクロの世界は、私たちの常識を越えたつながりを持っているのです。」 (アインシュタイン・ロマン NHKエンタープライズ 1991年より)

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