オプション1：曇り眼鏡、クリアな現実
最初の視点は、量子力学を使用することは泥眼鏡をかけているようなものだということです。 どういうわけかこれらのメガネを外して、基本的な現実の裏側を見ることができれば、もちろん、粒子は一定の座標と運動量を持っている必要があります。 結局、これは私たちの宇宙にあるものであり、宇宙はそれがどこにあり、どの方向に動いているかを知らなければなりません。 この観点によれば、量子力学は現実の完全な記述ではありません-私たちは鈍器で自然の全体の微妙さを調べます。したがって、間違いなくいくつかの詳細を見落とします。
これは、私たちの世界の他のすべてがどのように機能するかと一致しています。 靴を脱いで赤い靴下を履いているのを見ると、青、黄色、ピンクになる可能性があるので、私が靴下を見るまで、私の靴下が不確かな色の状態にあるとは思わないでしょう。 代わりに、あなたは（正しく）私の靴下は常に赤であると仮定します。 それでは、なぜ粒子は異なる働きをするのでしょうか？ 当然のことながら、自然界にあるものの特性は、測定するかどうかに関係なく存在しなければなりませんよね
オプション2：クリアグラス、問題を抱えた現実
一方、メガネは完全に透明であることが判明する場合がありますが、現実はぼやけています。 この観点によると、量子力学はこのレベルでの現実の完全な記述であり、宇宙のすべてのオブジェクトは特定の位置と勢いを持たないだけです。 これは、ほとんどの量子物理学者が保持している意見です。 これらは馬鹿げたツールではありませんが、現実はあいまいです。 私の赤い靴下の場合とは異なり、粒子の位置を測定する場合、粒子を測定する瞬間まで特定の位置はありません。 位置を測定する行為は、粒子に特定の位置を強制します。
今、あなたはこれが明確な答えを得ることができない「木に落ちた森」の形而上学的な質問の一つであると思うかもしれません。 ただし、ほとんどの哲学的な質問とは異なり、この論争を解決するためにできる実際の実験があります。 さらに、この実験は何度も行われています。 私の意見では、これは物理学の理解において最も過小評価されているアイデアの一つです。 この実験は、現実の性質について驚くべきことを教えてくれるため、非常に単純で非常に深いものです。
これがセットアップです。 部屋の中央に光源があります。 毎分、彼は反対方向に2つの光子を送ります。 これらの光子のペアは、量子エンタングルメントとして知られる特別な状態で作成されます。 これは、両方が量子的に接続されていることを意味します。1つの光子を測定すると、その量子状態が変化するだけでなく、すぐに他の光子の量子状態に影響します。
この部屋の左右には、光子を受け取るように設計された2つの同一のボックスがあります。 各ボックスにはインジケータライトがあります。 光子がデバイスに当たるたびに、インジケータは赤または緑の2色のいずれかで点滅します。 毎回、電球の色はランダムであることがわかります-パターンなし。 どうやらこのボックスは、光子のいくつかのプロパティを測定します。
次に点灯する色のみを推測できます。 しかし、これは非常に奇妙なことです。1つのボックスが特定の色で点滅するたびに、他のボックスも同じ色で点滅します。 ボックスを検出器からどれだけ移動しようとしても、たとえ太陽系の両端にあったとしても、中断することなく同じ色で点滅します。
これらのボックスが同じ結果を出すために陰謀を企てたかのようです。 これはどのように可能ですか？ （これらのボックスがどのように機能するかについて独自の理論を持っている場合は、それを保持し、すぐにあなたのアイデアを実験と比較することができます。）
「ああ！ -量子愛好家は言うでしょう。 「ここで何が起こっているのか説明できます。」 光子がボックスの1つに当たるたびに、デバイスは量子状態を測定します。これは赤または緑の点滅で示されます。 しかし、2つの光子は量子的にリンクされているため、1つの光子が「赤の状態」にあることを測定すると、もう一方の光子が強制的に同じ状態になります。 そのため、2つの引き出しが常に同じ色で点滅します。」
「待って」と古典的な物理学者は言う。 「粒子はブードゥー教の人形ではなく、ビリヤードのボールです。」 空間内のある場所で測定すると、まったく異なる場所の何かに即座に影響を与える可能性があることはばかげています。 靴下の1つが赤であることに気付いた場合、他の靴下の状態は変わらず、赤になります。 簡単な説明は、この実験の光子は靴下のようにペアで作成されるということです。 両方とも赤である場合もあれば、緑である場合もあります。 これらのボックスは、光子の「隠れたパラメーター」を測定するだけです。」
ここで紹介する実験と推論は、アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンによって最初に策定された思考実験のバージョンであり、EPRパラドックスとして知られています。 彼らの議論の重要な点は、ある場所での測定が完全に別の場所での測定に即座に影響を与えることはばかげているように見えることです。 より論理的な説明は、両方の光子が持っているいくつかの隠されたプロパティをボックスが検出するということです。 作成以来、これらのフォトンには、パスポートのような何らかの隠されたスタンプがあり、赤または緑の状態に関連付けられています。 ボックスはこのスタンプを定義する必要があります。 アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンは、これらの実験で観察されるランダム性は、自然理論のギャップであると主張しました。 彼らによると、私たちのメガネは曇っています。 場の理論の用語では、この考えは隠されたパラメータの理論として知られています。
古典的な物理学がこのラウンドで勝ったように思われますが、説明はより単純でより理にかなっています。
翌日、新しい箱がメールで届きます。 新しいバージョンのボックスには、3つの組み込みドアがあります。 一度に開くことができるドアは1つだけです。 各ドアの後ろには、以前と同様に赤または緑に光るインジケータがあります。
両方の物理学者は、これらの新しいデバイスで遊んで、光子を捕らえ、ドアを開けたときに何が起こるかを観察します。 数時間の大騒ぎの後、彼らは見つけました：
1.両方のボックスで同じドアを開くと、電球は常に同じ色で点灯します。
2. 2つのボックスのドアを誤って開いた場合、同じ色がちょうど半分の時間で表示されます。
少し考えた後、古典的な物理学者はこの実験の簡単な説明を思いつきます。 「原則として、これは昨日の箱とあまり変わらない。 これは次のように説明できます。 複数のパスポートが存在するため、ペアの各光子に1つのスタンプではなく3つのスタンプが追加されたとします。 ボックスの各ドアは、これらのスタンプの1つに対応しています。 したがって、たとえば、3つのスタンプは赤、緑、赤になります。 これは、最初のドアの後ろにあるインジケータが赤く点滅し、2番目のドアの後に3番目のドアの後ろにも赤が点滅することを意味します。
「このアイデアは、両方のボックスで同じドアを開くと、両方のボックスが同じスタンプを読み取るため、同じ色になることを説明しています。 しかし、異なるドアを開くと、デバイスは異なるスタンプを読み取るため、異なる結果が得られます。
繰り返しになりますが、古典物理学者の説明は単純であり、量子もつれや不確実性の原理など、ファッショナブルな概念には関係ありません。
「それほど速くはない」と量子物理学者は言った。彼はノートブックの計算を書き終えたところだった。 -ドアをランダムに開くと、半分の時間が同じ色で点滅していることがわかります。 この数値-0.5-は、量子力学の予測と正確に一致します。 しかし、あなたの「隠されたパラメータの理論」によれば、電球は半分以上の時間で同じ色を点滅させるはずです！」
「隠されたパラメーターの考え方によると、光子が持つことができるスタンプの可能な組み合わせは8つあります。 花の最初の文字で略してRRG =赤、赤、緑（赤、赤、緑）と呼びましょう。
Rrg
Rgr
GRR
GGR
GRG
RGG
Rrr
Ggg
「今、ドアをランダムに選択すると、3分の1のケースで同じドアを選択して同じ色が表示されます。」
「他の3分の2の時間は、異なるドアを選択します。 次のスタンプ設定でフォトンを扱っているとしましょう "：
Rrg
「この構成では、あるボックスでドア1を選択し、別のボックスでドア2を選択した場合、インジケータは同じ色（赤と赤）で点灯します。 しかし、ドア1と3またはドア2と3を選択した場合、色は異なります（赤と緑）。 したがって、このような場合の3分の1で、ボックスは同じ色になります。」
「要約する。 3番目のケースでは、同じドアを選択したため、ボックスは同じ色になります。 時間の3分の2は異なるドアを選択し、これらの場合の3分の1では同じ色になります。
「カウント」：
⅓+⅔⅓= 3/9 + 2/9 = 5/9 = 55.55％
「55.55％は、隠れたパラメーターの理論に従って、2つのドアをランダムに選択したときに、引き出しが同じ色で点灯する確率です。」
「でも待って！ RRGという1つの組み合わせのみを整理しました。 しかし、残りはどうでしょうか？ 一目で、次のすべてのケースで数学がまったく同じままであることがわかります。
Rrg
Rgr
GRR
GGR
GRG
RGG
「2つのオプションが残っています」：
Rrr
Ggg
「これらの状況では、どのドアを選択しても同じ色になります。 したがって、同じ色を選択する機会が増えるだけです。
「最高の結果は、隠されたパラメーターのアイデアによれば、ドアをランダムに開くと、同じ色で箱が点滅する可能性-少なくとも55.55％です。 しかし、量子力学によると、答えは50％です。 「実験データは量子力学と一致しており、これは隠れたパラメーターの理論を除外しています。」
一時停止して、先ほど示したように考えることができます。
ベルの定理として知られる量子力学の革新的な議論を検討しました。 ブラックボックスは実際には赤と緑のライトを点滅させませんが、重要な詳細は、もつれた光子の偏光を測定する実際の実験と一致しています。
ベルの定理は、奇妙な量子世界と私たちが知っていて愛している古典世界との間の砂に線を引きます。 これは、アインシュタインと彼の友人が思いついた隠されたパラメータの理論と類似の理論が現実の世界を反映していないことを証明しています。 その代わりに、量子力学はその粒子とともに現れ、それらは遠距離でリンクすることができます。 これらのもつれた粒子の一方の量子状態を摂動させると、宇宙のどこにあるかに関係なく、すぐに他方の状態を摂動させます。
内側に見えない小さなメカニズムや見えないスタンプ、隠されたノートブックなど、日常的な粒子を想像すると、量子力学の奇妙さを説明できると思うのは嬉しいことです。 「実際の」座標と運動量、および粒子に関するその他の詳細。 基本的なレベルでは、現実は古典的に振る舞い、私たちの不器用な理論ではこの隠された記録を調べることはできないと考えるのは快適です。 しかし、ベルの定理はこの快適さを奪います。 現実はぼやけており、私たちはこの事実に慣れる必要があります。