研究論文
『プランクスケールの自然についての幾何的モデルの探究が生む驚異的な成果』
7《隠れた変数理論とベルの定理》
ベルによって切り開かれた「非局所性」について説明する前に、「隠れた変数理論」について説明しなければなりません。
それは──
『ベルの定理が意味するのは、量子力学と同じ予測をする隠れた変数理論はすべて、非局所的でなければならないということだ』(p.460 『量子革命』) 下線は、筆者によります。 という事情があるからです。
「隠れた変数」とは、次のように説明されているものです。
隠れた変数 量子力学は不完全であり、量子の世界について付加的な情報を含む、基礎的な実在が存在するという信念に基づく量子力学解釈。 ここでいう「付加的な情報」は、目には見えないけれども実在する、「隠れた変数」という物理量として与えられる。… 隠れた変数の支持者は、そのような変数があれば、コペンハーゲン解釈によって否定された観測とは無関係な実在を取り戻すことができると考える』
(用語集 p.488 『量子革命』) 下線は筆者によります。
|
この記述から、「隠れた変数(理論)」と「実在(論)」の間には、深い関係があること、すなわち、両者は、ほとんど同義であることが読み取れます。
※実在論とは、『観測者とは無関係な世界が存在するという哲学的世界観。実在論者にとっては、月は、誰も見ていなくてもそこに存在している』(p.491『量子革命』の用語集)と説明されるものです。
素スピノル物理学は、3ステップス原理の1つ『3.“組織化された実体(実在するもの)の原理”(principle of organized entity)』にもとづいていますので、当然、「実在論」≒「隠れた変数理論」の一種ということになります。
「隠れた変数理論(hidden variable theory)」と素スピノル物理学の関係が実際どうなっているのかを考えるにあたり、『量子革命』(p439〜)の中の、次の記述が、きわめて参考になります。
隠れた変数のアプローチには、長い歴史がある。十七世紀以来、ロバート・ボイルをはじめとする科学者たちが、圧力、体積、温度を変えた多ときに気体が示す性質を調べて、気体の従う法則を明らかにしてきた。 …
気体の法則がきちんと物理的に説明されたのは、十九世紀にルートヴィヒ・ボルツマンとジェームズ・クラーク・マクスウェルが気体分子運動論を作り上げたときのことだった。… たえず動き回る気体分子が、お互い同士や容器の壁とランダムに衝突することにより、圧力、温度、体積のあいだに成り立つ関係、すなわち気体の法則を成り立たせているのだ。気体分子は、観測されることのない微視的な「隠れた変数」であり、観測されている巨視的な気体の性質は、その隠れた変数によって説明されると考えることができる。
アインシュタインが一九〇五年に説明したブラウン運動では、花粉分子が浮かぶ液体中の分子を「隠れた変数」と見なすことができる。花粉分子のランダムな運動をみんなが不思議に思っていたが、その基礎には、目には見えない液体分子のランダムな運動が存在するとアインシュタインが指摘すると、突如としてすべての謎が解けた。
量子力学にも隠れた変数のアプローチが可能なのではないかとの発想は、アインシュタインが、量子力学は不完全だと主張したのを発端として生まれた。アインシュタインのいう不完全性の背後には、何かもっと基礎的な階層が存在するのではないだろうか? 隠れた変数──隠れた粒子、隠れた力、あるいはまったく新しい何か──を考えれば、観測者とは関係ない、客観的な実在を取り戻せるかもしれない。あるレベルでは確率的に見える現象が、隠れた変数を考えることにより、実は決定論的であることが明らかになるのでは? もうそうなら、粒子はつねに確定した速度と位置をもつだろう、というのが、量子力学における隠れた変数の考え方である。
(『量子革命』 p439-440) 下線は筆者によります。
|
整理すると次のようになります。
|
気体の法則
|
ブラウン運動
|
量子力学(量子物理学)
|
説明する対象
|
気体、圧力、温度
|
花粉
|
量子
|
隠れた変数
(≒実在している何か)
|
気体分子
|
花粉分子が浮かぶ
液体中の分子
|
「隠れた粒子、隠れた力、あるいはまったく新しい何か」
|
以上より、素スピノル物理学は、まさに量子力学(量子物理学)における「隠れた変数理論」の1つであることが理解できます。
さらには、まさに──
アインシュタインのいう不完全性の背後には、何かもっと基礎的な階層が存在するのではないだろうか? 隠れた変数──隠れた粒子、隠れた力、あるいはまったく新しい何か──を考えれば、観測者とは関係ない、客観的な実在を取り戻せるかもしれない。あるレベルでは確率的に見える現象が、隠れた変数を考えることにより、実は決定論的であることが明らかになるのでは? もうそうなら、粒子はつねに確定した速度と位置をもつだろう。
(『量子革命』p440) 下線は筆者によります。
|
という記述と、素スピノル物理学が、ぴったり調和しています。
例えば、“電子の挙動”においては、「電子ヒッグス場ユニット(eHU)、プレオン∴ヒッグス場ユニット(∴HU)、原始ヒッグス場ユニット(PHU)、および、素スピノル」が、主要な「隠れた変数」、すなわち、『何かもっと基礎的な階層』『観測者とは関係ない、客観的な実在』そのものに相当すると考えられられます。そして、例えば、「“電子と電子ヒッグス場ユニット(eHU)”の相互作用」によって、電子の『確率的に見える現象』を、『決定論的であること』として理解することができます。
電子を説明する“隠れた変数”(≒実在する何か)と、その働き(創発するもの)を整理すると次のようになります。
電子の挙動
(創発するもの)
|
電子の挙動を説明する“隠れた変数”
(≒実在する何か)
|
電子の波動性
|
電子&電子ヒッグス場ユニット(eHU)
|
電子のスピン
|
プレオン∴ヒッグス場ユニット(∴HU)
& プレオン∴
|
電子の質量エネルギー
((内部&外部)運動エネルギー)
電子を構成するプレオン∴
を閉じ込める
「LP光子の集積したひも」
|
原始ヒッグス場ユニット(PHU)
|
仮想光子の放出&吸収(電荷)
|
荷電プレオン∴、
原始ヒッグス場ユニット(PHU)
|
つまり、素スピノル物理学は、量子力学(量子物理学)における「隠れた変数理論(hidden variable theory)」の一種なのです。
さらに、素スピノル物理学は、「共転回原理」という非局所性を内在していることを考え合わせると、次のように結論をまとめることができます。
結論3-7.1 素スピノル物理学は、量子力学(量子物理学)における「非局所的な隠れた変数理論」の一種である。
さて、ベルの定理は、「実在は非局所的であること(実在が非局所性を持っていること)」を証明しました。
したがって、ベルの定理は、「隠れた変数理論が非局所的であること(隠れた変数理論が非局所性を持っていること)」を証明したことになります。
さて、ベルの定理が、実在が持っていると証明した非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)とは、次のようなものです。
『非局所性 二つの系(または二つの粒子)のあいだで、瞬間的に影響が伝わるという性質。影響が伝わる速さは光の速さよりも大きく、遠くの場所で起こった出来事の影響が、瞬時に別の場所に及ぶ』
(用語集 p.496 『量子革命』)
|
二つの実体が互いに作用すると、必ず「もつれ」が生じる。… のちに別の何かと相互作用しない限り … どれほど互いに遠く離れていても、もつれは持続する。
このもつれこそが、原子を構成する粒子の動きを支配している。まず、互いに作用し合うと、粒子は単独としての存在を失う。どれほど遠くに離れても、片方に力が加えられ、測定され、観測されると、もう片方は即座に反応するらしい。両者の間に地球がすっぽり入るほどの距離があったとしても、だ。だが、そのしくみは未解明だ。
奇妙に感じられるかもしれないが、こうした相互作用は四六時中起こっている──それがわかったのはジョン・ベルのおかげだ。
(p.26-27 『宇宙は「もつれ」でできている』 ルイーザ・ギルダー著 山田克哉監訳 窪田恭子訳 講談社ブルーバックス)
|
もともとは、この非局所性とは逆の“局所性”こそが、アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼンらが持っていた“常識的な前提”の1つでした。
一方、もともと、アインシュタインらが実在論と局所性を前提としていたのに対し、ボーア&ハイゼンベルクらは、実在論(≒隠れた変数理論)を否定しながらも、局所性や非局所性については、深く考慮していませんでした。
整理すると、もともと両者の立場は、次のようになります。
ボーア&ハイゼンベルクらにとっての
“常識的な前提”
|
局所性
|
非局所性
|
実在論
(≒隠れた変数理論)
|
-
|
-
|
×
|
|
|
アインシュタインらにとっての
“常識的な前提”
|
局所性
|
非局所性
|
実在論
(≒隠れた変数理論)
|
◯
|
×
|
◯
|
|
しかし、実際に、この非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)を実在が持っていることが証明された結果、「アインシュタインらの局所的な実在論(≒隠れた変数理論)」が否定された一方で、「量子物理学」は、非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)という奇妙な性質を持っていることが判明したのです。
そのことは、「量子物理学」と「実在論(≒隠れた変数理論)」の両者は、次のような改善をせまられたことを意味します。
量子物理学
|
局所性
|
非局所性
|
実在論
(≒隠れた変数理論)
|
×
|
◯
|
×
|
|
|
実在論(≒隠れた変数理論)
|
局所性
|
非局所性
|
実在論
(≒隠れた変数理論)
|
×
|
◯
|
◯
|
|
実在が非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)を持っていることは、ベルの定理によって証明されました。
ベルの定理については次の記述が大変参考になります。
ベルの定理は憶測でも想定でもなく、数学的証明である。ということは、少数の単純な前提を受け入れさえすれば、彼の結論は確実に導かれるということだ。したがって、ベルは実在が非局所的であることをたんに許したり、示唆したりしているのではない。彼はそのことを証明したのである。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.7-8 白揚社) 下線は筆者によります。
|
…ベルは不可能性の証明一般に興味を抱き、ある物理的性格をもついかなる実在のモデルも決定的に排除するような証明は作れないものか、と考えた。ベル自身、そのような証明を考え出した。それは「局所性」の性質をもつあらゆる実在のモデルを拒むような証明であった。この証明はそれ以来、ベルの定理と呼ばれている。この定理は、量子事実の背後にはいかなる局所的実在モデルもありえない、と主張する。実在は、非局所的であらねばならないと、とベルの定理は述べる。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.304 白揚社) 太線は傍点でした。下線は筆者によります。
|
ベルの証明の構造はこうである。ある類の二クオン実験(EPR実験およびその変種)に対して、ベルは局所的実在の存在を仮定する。ちょっとした計算で、この局所的過程からある不等式(ベルの不等式)が直接に導かれる。実験結果はこれを満たさなくてはならない。これらの実験は何遍行ってもベルの不等式を破る。したがって、局所的実在の仮定は誤っている。結論──EPR実験の根底にある実在は、非局所的であらねばならない。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.304 白揚社) 太線は傍点でした。下線は筆者によります。
|
ベルの定理は、実在探究の重要な道具である。なぜなら、想像世界を創造する人たちも、これがあれば、無数のありえない誠意を一目見るだけで斥けることができるからである。ベルの定理はこう言い放つ。「なに、局所的だって、そいつはいんちきだ。」
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.327 白揚社)
|
実在に興味をもつすべての人にとって、ベルの定理は注目すべき知的達成である。事実プラスわずかな算術から出発して、ベルは事実を越え、実在それ自体の領域の記述に進んだ。たった一つでも非局所現象を見たり、うすうす感じ取ったりしていた人はまだ誰もいないにもかかわらず、ベルの定理は現象の背後の世界は非局所であるはずだ、決定的に証明した。
もし、世界の現象のすべてが厳格に局所的であるのだとすれば、局所的現象を非局所的な編目で支えることが、なぜ、必要なのか? ここでわれわれは、人間の基準で見れば奇怪な、異質の設計センスに直面する。世界は奇妙に屋上屋を重ねているらしい。これに加えて、世界の超光速的な下着もほとんど隠されている──もっと明らかだったら、非局所性はずっと以前に発見されていただろう。非局所性は、ある目立たない量子系のありうるべからざるほどの強い相関を通して、わずかに間接的に、その徴を残すのである。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.331-332 白揚社) 下線は筆者によります。
|
量子探究の近年の大発見はベルの定理であり、これによって、量子実在はけっして局所的でありえないことが証明されたのである。実在は非局所的である、つまり全世界は無媒介的、瞬間的な量子連関によって維持されているというのである。… 本書のベルの定理の解説は明解で、二足す二は四であるといった程度の簡単明瞭な定理が、超光速の編目で織られた想像を絶する世界へとわれわれを導く。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 白揚社 p.368 訳者あとがきの中の言葉)
|
※(“共転回原理”を内在している)素スピノル物理学パラダイムは、ベルの定理と調和していることがわかります。なぜなら、(“共転回原理”を内在している)素スピノル物理学パラダイムが提示している非局所的実在モデルが、「局所的現象を非局所的な編目で支える」しくみ、「世界の超光速的な下着」、「人間の基準で見れば奇怪な、異質の設計センス」、「超光速の編目で織られた想像を絶する世界」… を説明しているからです。 |
ベルの定理が証明している「実在は非局所的であること」は、素スピノル物理学パラダイムと、よく調和しています。
※しかも、素スピノル物理学パラダイムによれば、ベルの定理は、弦理論とも調和していることになります。
なぜなら、素スピノル物理学パラダイムによれば、弦(∋光子、重力子…)そのものが、素スピノルどうしの量子もつれ(by共転回)の所産だからです。
さらに、スピンネットワークの考えとも調和しています。まさに、スピンネットワークが、素スピノルどうしの“量子もつれ”によって担われていると考えられるからです。
しかし、従来の物理学パラダイムに従事している方々の多くは、それでも、ベルの定理が証明している「実在は非局所的であること」に対して、非常識感&嫌悪感を抱き、否定的にとらえ、反対してきました。
物理学が、(“超光速”などもってのほかというような)局所性にもとづいて発展してきましたので、ある意味、当然のことです。
無媒介作用は本性が勝手気ままなので、ガリレオからゲルマンに至る物理学者は、世界で起きている事柄を説明する基礎として、非局所的相互作用をこぞって斥けた。非局所的相互作用に対する嫌悪を、アイザック・ニュートン卿ほど激しく表明した者もない。
1つの物体が、中間の他の何ものの媒介もなしに真空を通して遠方の他の物体に作用することは……あまりにも不合理に思える
ので、哲学的な事柄について考える能力をもつ人なら誰一人、そうした考えに陥ることはない、と私は信ずる。
…
厳格な局所力に対するニュートンの信念は、場の概念を用いて重力を説明した後継者が裏付けをした。… 現代的な場の概念は、重力は空間の巨大な広がりを越えて作用するとはいえ、厳格に局所相互作用であると見なす道を開いている。…
今日の物理学者は、世界が厳格に局所的連関を通じて結びつき合っていると言う点で、ニュートンと信念をともにしている。…
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.305-306 白揚社)太線は傍点でした。下線は筆者によります。
|
ただ、2粒子が互いにテレパシーを送るように瞬間的に連絡し合っているという考えは突飛過ぎるし、超光速の影響が観測されたこともない。物理学者たちの多くは、この考えに賛同していない。
(『アインシュタインの夢 ついえる 測っていない実在しない』 谷村省吾 日経サイエンス2019 2月号 p.68 下線は筆者によります。
|
非局所的影響は、距離とともに減少しない。100万マイル離れても、1mmの場合と同じように強力である。
非局所的影響は瞬間的である。その伝達の速さは、光速による制約を受けない、
非局所的相互作用は、ある場所と他の場所を減衰なしに、時間の遅れなしに、空間を越えて結びつける。要するに、非局所的相互作用は媒介を要せず、弱まることもなく、即時的である。
非局所相互作用を斥けるのが物理学者の伝統であるにもかかわらず、既知のすべての力が議論の余地もなく局所的だという事実があるのにもかかわらず、光速を越える連関をアインシュタインが禁じているのにもかかわらず、そして無媒介の超光速交信のたった一つの事例でも示すような実験がかつてなされていないという事実にもかかわらず、世界は無数の非局所的影響に満たされている、とベルは主張する。その上、このような無媒介の連関はめったに見られない異常な状況に現れるのではなく。日常生活のあらゆる出来事の根底にある、と言う。非局所的連関は偏在する。なぜなら、実在そのものが非局所的であるからだ。
ベルの証明が非局所的連関の存在の必然性を厳密に論証した、とすべての物理学者が信じているのではない。… 物理学者の中には、量子実在は非局所的でなければならないというベルの厚かましい結論を認めるぐらいなら、「実在そのものを否定する」方がまだましだと考える人たちもいる。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.307-308 白揚社) 下線は筆者によります。
|
ベルの証明を反駁する試み
たとえば、ベルは局所実在を仮定したのであるから、矛盾を局所性仮定あるいは「実在」の仮定のどちらかのせいにできるという、コーネル大学の物理学者N.D.マーミンの風変わりな論法を考えてみよう。マーミンは局所性を残したかったので、彼の立場から言えば、出ていかなければならないのは実在である。マーミンはベルの誤謬法を利用して、「誰も見ていないときには月が存在しないことが論証できる」と結論したのだった。
「非局所性」という言葉を聞いたときに、大多数の物理学者が感じる嫌悪の念を部外者に伝えるのはむずかしい。物理学には結局のところ、奇妙な観念が一杯つまっている。たかが光よりも速いだけの連関のどこが、それほど気に入らないのか? マーミンの論法は、物理学者の多くが無媒介の遠隔作用に対して抱いている反感を、言葉で言える以上によく表している。この連中は局所性をあまりにも珍重しているので、非局所的な世界を受けいれるぐらいなら、いっそのこと実在を否定する方がましだと思いつめている。
しかし、「実在を否定する」と物理学者が言ったとしても、少し割り引いて聞いたほうがいい。…
マーミンの結論の形式は、彼が観測者が創造した類の実在を信じていることを示す…。… 局所的な観測者の創造した実在が、ベルの元来の局所的(それ以外の指定はない)実在と同じぐらい確実に量子事実と矛盾することは、(ベルの論法によって)容易に示せる。
… 量子論によって認可された、穏健な観測者実在創造説…も、事実に適合するには非局所的にならざるをえない。…それも超光速にならざるをえない。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.335-336 白揚社) 下線は筆者によります。
|
ベルはこの名高い定理の中で、実在が非局所的であることをたんに示唆したり、暗示したりしたのではなく、数学的推論の明晰性と威力を借りて、それを実際に証明したのである。ベルの証明のこの強圧的な性格は、厳密に局所的な実在を愛好する物理学者をとくにうんざりさせた。
ベルの重要な証明は、1935年のアインシュタイン=ポドルスキー=ローゼン事件に匹敵する騒動を実在探究に引き起こした。一方ではベルの定理は見えない非局所的実在の存在を証明している。実在が局所的であることを好む人たちは、ベルの議論にこれまでのところ反駁できないでいる。ベルの証明が著しく明確で簡潔であるという事実はかえって素早い反論を招かなかった。[ (『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.331-332 白揚社) 下線は筆者によります。
|
しかし、ベルの定理を否定する試みは、これまで失敗してきました。
そして、近年、より厳密な「ベルの不等式」の破れの実験によって、『量子もつれが実際にあること』が確証されました。
■2015年、米欧の4つのグループがそれぞれ独立に抜け道を完全にふさいだベル実験を実施し、量子もつれが実際にあることが最終的に確証された。
(『最終決着「ベルの不等式」の破れの実験 かつてアインシュタインが「不気味」と評した量子もつれ現象がこの世界で現実に起きていることが確定した』 R.ハンソン K.シャルム 日経サイエンス2019 2月号 p.61) 下線は筆者によります。
|
この確証は、ベルの定理(「実在は非局所的である」)を支持しています。
もはや、ベルの定理に対して、局所性を守るために、やみくもに反論している場合でないのは明らかです。
これからは、ベルの定理という数学的な証明を、いかに自然(nature)と調和している形で、正しく解釈するかが重要になるのだと思います。
ベルの定理は、従来の物理学パラダイムにおいて、しばしば、次のように単純に解釈されてきたようです。
ベルの定理により(ベルの不等式が破れたので)──
|
量子物理学
|
実在論(≒隠れた変数理論)
|
非局所的な量子物理学だけが
正しいことになる
|
局所的であるはずの実在論(≒隠れた変数理論)は、
間違いであることになる
|
次の記述は、その“単純な解釈”を反映している例である可能性があります。
もし量子論が正しければ局所性は成り立たない。もし局所性にこだわるのなら、微小の世界を記述する理論としての量子論は間違っていることになる。ベルはこの結論を、特別な不等式を含む純粋な数学的定理として表現した。もし実験によってこの不等式が否定されれば、量子力学が正しくアインシュタインによる常識的な局所的現実性の仮定が間違っていることの証拠となる。逆にもしこの不等式が成り立てば、量子力学は誤っており局所性が正しいことが証明される。
(『量子の絡み合う宇宙』アミール・D・アクゼル 水谷淳・訳 p.146 早川書房) 下線は筆者によります。
|
クローザー=アリードマンの実験は、量子力学が本来非局所的であることを示す確たる証拠となった。
(『量子の絡み合う宇宙』アミール・D・アクゼル 水谷淳・訳 p,169 早川書房) 下線は筆者によります。
|
最後まで実在論的な物理理論を求めたアインシュタインの夢は、完全に砕け散ったのである。
(『アインシュタインの夢 ついえる 測っていない実在しない』 谷村省吾 日経サイエンス2019 2月号 p.71 下線は筆者によります。
|
しかし、このベルの定理の解釈は、「実在論(≒隠れた変数理論)は局所的であるはずだ」「量子物理学と実在論(≒隠れた変数理論)のどちらか一方だけが正しいはずだ」… という偏った思い込み(信念)に根ざした、非中立的な、アンフェアな解釈に過ぎませんでした。
ベルの定理の、厳密で、中立的な、フェアな解釈をまとめると次のようになるはずです。
ベルの定理により(ベルの不等式が破れたので)──
|
量子物理学
|
実在論(≒隠れた変数理論)
|
非局所的な量子物理学が
正しいことになる
(局所的な量子物理学が
間違いであることになる)
|
非局所的な実在論(≒隠れた変数理論)が
正しいことになる
(局所的な実在論(≒隠れた変数理論)が、
間違いであることになる)
|
※従来の物理学パラダイムによって、しばしばなされた、単純な解釈は、下線部分を取り上げただけに過ぎないことがわかります。
※なお、“ベルの不等式”や“ベルの定理”については、次の記述も参考になります。
ベルの定理が意味するのは、量子力学と同じ予測をする隠れた変数理論はすべて、非局所的でなければならないということだ。
(p.460 『量子革命』 新潮社) 下線は、筆者によります。
|
つまり、ベルの定理により(「ベルの不等式の破れ」が観測されたので)、「量子物理学」と「実在論(≒隠れた変数理論)」は、どちらとも、非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)が存在していることになるのです。
※なお、近年、ベルの定理(「ベルの不等式の破れ」)が、より強固に確かめられたのでした。
■2015年、米欧の4つのグループがそれぞれ独立に抜け道を完全にふさいだベル実験を実施し、量子もつれが実際にあることが最終的に確証された。
(『最終決着「ベルの不等式」の破れの実験 かつてアインシュタインが「不気味」と評した量子もつれ現象がこの世界で現実に起きていることが確定した』 R.ハンソン K.シャルム 日経サイエンス2019 2月号 p.61) 下線は筆者によります。
|
したがって、(実在が非局所的であることを証明する)ベルの定理の正しさが完全に確かめられた上でも、少なくとも次の大きく2つに分けられる立場の可能性は残されます。
|
非局所的な量子物理学
|
非局所的な
実在論(≒隠れた変数理論)
|
ベルの定理との調和性
|
◯
|
◯
|
非局所性
(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)
|
◯
|
◯
|
量子の実在についてのモデルの例
|
◎コペンハーゲン解釈I&II
「深い実在は存在しない!」
&「観測が実在を作り出す!」
byボーア
◎「意識が実在を作り出す!」
byノイマン
◎「世界は可能性と現実世界からなる
二重世界である!」
byハイゼンベルク
|
◎新実在論
「世界は通常物体できている!」
byアインシュタイン、ド・ブロイ
プランク、シュレディンガー
◎「実在は分割できない全体である!」
byボーム
|
※参考『量子と実在』(ニック・ハーバート著 白揚社)
『量子と実在』(ニック・ハーバート著 白揚社)において、『量子実在(量子論と整合的な世界モデル)』として挙げられている8つのうち、2つのカテゴリーに入るであろう、6つだけをこの表に挙げてあります。(残りの2つは、◎多世界解釈「実在はたえず数を増している平行宇宙から成る!」と◎量子論理(「世界は非人間的な推論に従っている!」)です。)
なお、ベルの定理は、8つの実在すべての可能性を残します。
|
…ベルの定理はどれか一つの実在に有利なように、量子実在の問題を解決しているのではないことがわかる。非局所性の余地を残している限り、八つの実在すべてが、「世界の真のあり方」のモデルの有望な候補者である。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.353 白揚社)
|
素スピノル物理学は、もともと非局所的な実在論(≒隠れた変数理論)の1つですので、ベルの定理と調和していて表の右側に入ります。
※なお、素スピノルは“通常物体”ではありませんので(時空の材料にも成りうる物質未満の実体ですので)新実在論「世界は通常物体できている!」とは異なります。
また、素スピノルのネットワークとして自己組織化して生成した存在が、時空や物質ですので、「実在は分割できない全体である!」とも異なります。
素スピノル物理学はベルの定理によってのみならず、3ステップス原理によっても可能性が失われていません。
しかも、素スピノル物理学パラダイムは、量子もつれがどのようなしくみで(なぜ)成立するのかを説明するのみならず、「非局所的な量子物理学」(コペンハーゲン解釈、不確定性原理…)が、どのようなしくみで(なぜ)うまくいくのかを説明します。
すなわち、素スピノル物理学パラダイムは、「非局所的な量子物理学」の自然(nature)と調和している部分を尊重し続け(包含し)、やみくもに否定しません。
すなわち、「非局所的な量子物理学」と(素スピノル物理学という)「非局所的な実在論(≒隠れた変数理論)」は、本来、共存できるのです。
また、素スピノル物理学という「非局所的な実在論(≒隠れた変数理論)」は、「非局所的な量子物理学」の完成を助けることができると考えられます。
※それは、「生物学と分子生物学が共存できること」、「分子生物学が生物学の完成を助けることができること」と相似だと考えられます。
※素スピノル物理学という「非局所的な実在論(≒隠れた変数理論)」が「非局所的な量子物理学」をやみくもに否定しないことは、「非局所的な量子物理学」が(ときに)「非局所的な実在論(≒隠れた変数理論)」をやみくもに否定していることと対照的だと思います。
例えば、次の記述は、「非局所的な量子物理学」が「非局所的な実在論(≒隠れた変数理論)」を、ベルの定理の単純な解釈によって、やみくもに(全)否定している例である可能性があります。
アインシュタイン対ボーアの論争の約30年後に、ベルはアインシュタインの議論を丁寧に分析して、仮定法的な値の実在性を検証する方法を考案した。それがベルの不等式である。もし仮定法的な物理の値が実在していればベルの不等式は成立していたはずだが、その破れは実験で実証された。
アインシュタインは、量子論は仮定法的な値を語りつくしていないと指摘したが、そこまでは当たっていた。だから客観的な実在を漏れなく記述する完全な理論を彼は望んだのだが、 あいにくこの世界は「測っていない物理量の値は客観的に実在しない」ようにできていたのだ。
(『アインシュタインの夢 ついえる 測っていない実在しない』 谷村省吾 日経サイエンス2019 2月号 p.71 下線は筆者によります。
なお、ここにあるのは、次のように厳密に表記しなかったがゆえに生じている誤解に過ぎないのかもれません。
アインシュタイン対ボーアの論争の約30年後に、ベルはアインシュタインの議論を丁寧に分析して、仮定法的な値の局所的な実在性を検証する方法を考案した。それがベルの不等式である。もし仮定法的な物理の値が局所的に実在していればベルの不等式は成立していたはずだが、その破れは実験で実証された。
アインシュタインは、量子論は仮定法的な値を語りつくしていないと指摘したが、そこまでは当たっていた。だから客観的な局所的な実在を漏れなく記述する完全な理論を彼は望んだのだが、あいにくこの世界は「測っていない物理量の値は客観的に局所的には実在しない」ようにできていたのだ。
|
|
最後まで実在論的な物理理論を求めたアインシュタインの夢は、 完全に砕け散ったのである。
(『アインシュタインの夢 ついえる 測っていない実在しない』 谷村省吾 日経サイエンス2019 2月号 p.71 下線は筆者によります。
なお、ここにあるのは、次のように厳密に表記しなかったがゆえに生じている誤解に過ぎないのかもれません。
最後まで局所的な実在論的な物理理論を求めたアインシュタインの夢は、完全に砕け散ったのである。
|
|
確かに、局所的な『実在論的な物理理論』、すなわち、『局所的な実在論(≒隠れた変数理論)』というアインシュタインの夢は完全に破れました。
こうした結果を見ると、アインシュタインが望んだ局所的隠れた変数理論は、いかなるものも現実の自然とは合わないと結論せざるをえない。
(『最終決着「ベルの不等式」の破れの実験 かつてアインシュタインが「不気味」と評した量子もつれ現象がこの世界で現実に起きていることが確定した』 R.ハンソン K.シャルム 日経サイエンス2019 2月号 p.61) 下線は筆者によります。
|
しかし、『実在論に根ざす、完全な量子論』というアインシュタインの夢は、決して破れていません。
なぜなら、ベルの定理が「非局所的な隠れた変数理論」の可能性をはっきりと残し続けているからです。
…ベルの定理はどれか一つの実在に有利なように、量子実在の問題を解決しているのではないことがわかる。非局所性の余地を残している限り、八つの実在すべてが、「世界の真のあり方」のモデルの有望な候補者である。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.353 白揚社) 下線は筆者によります。
|
ベルの定理が完全に確証されたからと言って、厳密には、
最後まで実在論的な物理理論を求めたアインシュタインの夢は、完全に砕け散ったのである。
(『アインシュタインの夢 ついえる 測っていない実在しない』 谷村省吾 日経サイエンス2019 2月号 p.71 下線は筆者によります。
|
とは、決して言えないはずなのです。
ここにあるのは、従来の物理学パラダイムによる量子物理学と、素スピノル物理学パラダイムによる素スピノル量子物理学の違いです。
ここで、両者の立場を整理しておくのは、大事だろうと思います。
|
量子物理学
(従来の物理学パラダイム)
|
素スピノル量子物理学
(素スピノル物理学パラダイム)
|
ベルの定理
|
消極的に受け入れている
(かろうじて)調和している
by 非局所的な量子物理学
※量子もつれ(「不気味な遠隔作用」)の応用が考えられている一方で、ときに、その重要性に十分に目を向ける代わりに、単に、実在論(≒隠れた変理論)をやみくもに否定するための根拠として利用。
|
積極的に受け入れている
非常に調和している
by非局所的な実在論
(共転回原理)
|
量子物理学について
|
完全である
|
不完全である
※量子物理学の完成を助けるものが、
素スピノル物理学(特に素スピノル量子物理学)です。
|
生物学と分子生物学の比喩
|
量子物理学において
「生物学に対する分子生物学」のようなもの
が存在しないと主張
※“生物の奇妙なふるまい”の
具体的なモデルによる説明を
あきらめているようなものです。
|
量子物理学において
「生物学に対する分子生物学」のようなもの
が存在することを主張
※“生物の奇妙なふるまい”の
具体的なモデルによる説明を
探究し続けているようなものです。
|
実在論
(≒隠れた変理論)
|
ない
|
ある
|
科学スタイル1
|
計算数値と観測値が一致すれば十分
(実証主義)
|
計算数値と観測値の一致も
具体的な幾何的モデルも大事
|
科学スタイル2
|
すべての実在論(≒隠れた変理論)を
やみくもに全否定
→量子物理学と実在論(≒隠れた変理論)は
共存できない
(「協調(調和)をめざさない闘争」路線
by『ダーウィン-クーンの封印』)
|
量子物理学(の自然(nature)と
調和している部分)を守る。
→量子物理学と素スピノル量子物理学は
共存できる
(「広い協調(調和)」路線
by『ダーウィン-クーンの封印』の解消)
|
科学スタイル3
|
間違いなんてありえない(無謬性の主張)
抽象的なので間近いに気づきにくい。
→改善しにくい
|
自然(nature)との調和こそが大事
具体的なので間近いに気づきやすい。
→改善しやすい
|
※ベルの定理が、決して、従来の量子物理学のためだけのものではないこと(単に従来の量子物理学だけを正当化するためのものではないこと)は、例えば、次の記述からもわかります。
ベルの定理は、量子論の文脈の中で生まれたものであるとはいえ、ベルの結果は量子論の真偽とは無関係である。クラウザー=アスペの実験は、ベルの不等式が事実によって破られていることを示した。このことは、たとえ量子論がいつかだめになるときがきても、その後を継いだ理論はふたご状態を説明するに当たって、やはり同じようにベルの定理を破らなくては成らないことを意味する。物理理論は永久ではない。量子論が物理学の廃品置場で、燃素(フロジストロン)、熱素(カロリック)、光エーテルの仲間入りをするときでも、ベルの定理は以前正しいだろう。事実に基づいているがゆえに、ベルの定理はその地位にとどまりつづける。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.326-327 白揚社) 下線は筆者によります。
※(フロジストロン)、(カロリック)は、ルビでした。
なお、素スピノル物理学パラダイムは、量子論が物理学の廃品置場に入らないことを示しています。なお、素スピノル物理学パラダイムは、(アインシュタインが一般相対性理論で必要性を主張したところの、新しい非物質の)エーテルが、物理学の廃品置場に入らないことも示しているのでした。
|
※素スピノル量子物理学が量子物理学の完成を助けることは、分子生物学が生物学の完成を助けていることのみならず、アインシュタインの相対性理論が、古典物理学の完成を助けたことに似ていると思います。次の記述も参考になります。
時間と空間に関する奇妙な観念にもかかわらず、アインシュタインの理論は古典物理学に挑戦するものではなく、それを完成させるものなのである。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.67-68 白揚社) 下線は筆者によります。
|
※なお、次の記述には、互いに矛盾している部分があるようです。
ここにある矛盾は、抽象的な数式についての解釈に相当する“具体的な幾何的モデル”の欠如(この場合は、特にベルの定理および量子もつれについての“具体的な幾何的モデル”の欠如)という量子物理学の不完全性を反映していると考えられます。
ただ、2粒子が互いにテレパシーを送るように瞬間的に連絡し合っているという考えは突飛過ぎるし、超光速の影響が観測されたこともない。物理学者たちの多くは、この考えに賛同していない。
量子もつれになった2個の粒子の物理量の値は相関するが、粒子間で情報のやり取りをしているわけではない。相関は2つの粒子が生まれたときに生じており、物理量を測定したときにそれが具体的な値として現れるのである。
(『アインシュタインの夢 ついえる 測っていない実在しない』 谷村省吾 日経サイエンス2019 2月号 p.68 下線は筆者によります。
|
『非局所性 二つの系(または二つの粒子)のあいだで、瞬間的に影響が伝わるという性質。影響が伝わる速さは光の速さよりも大きく、遠くの場所で起こった出来事の影響が、瞬時に別の場所に及ぶ』
(用語集 p.496 『量子革命』)
|
量子論によって認可された、穏健な観測者実在創造説…も、事実に適合するには非局所的にならざるをえない。…それも超光速にならざるをえない。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.335-336 白揚社) 下線は筆者によります。
|
物理学者は、われわれの身体の原子は共通の超光速の編目で織られていることをいまや発見した。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 白揚社 p.360) 下線は筆者によります。
|
量子探究の近年の大発見はベルの定理であり、これによって、量子実在はけっして局所的でありえないことが証明されたのである。実在は非局所的である、つまり全世界は無媒介的、瞬間的な量子連関によって維持されているというのである。… 本書のベルの定理の解説は明解で、二足す二は四であるといった程度の簡単明瞭な定理が、超光速の編目で織られた想像を絶する世界へとわれわれを導く。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 白揚社 p.368 訳者あとがきの中の言葉)下線は筆者によります。
|
この不等式が成り立たなかったとしよう。ベルの定理によれば、この結果は「非局所性」の証拠となる。つまり一方の粒子に何かが起こると、もう一方の粒子に何かが起こると、もう一方の粒子がどんなに離れていようがそれに瞬間的に影響が及ぶ。
(『量子の絡み合う宇宙』アミール・D・アクゼル 水谷淳・訳 p.146 早川書房) 下線は筆者によります。
|
ベルは、二つの相関している電子が100兆kmも離れているのに、一方の電子の測定結果が瞬時にもう一方の電子の状態に影響を及ぼすということは、二つの電子の相関関係は局所的ではなく、「分離不可能」な一つの系(そう、全体で一つ!)を成していて、その系の中で起こることは部分から部分へと伝わるのではなく、系全体に瞬時に影響を及ぼすと考えたのだ。すなわち、すべては系内の全範囲にわたって「非局所的」に起こるのだ、と。
「EPR論文」が示す二つの相関した電子は、たとえ100兆km離れていても一つの系内に収まっており、測定結果は系全体に非局所的に及ぶ。そこには、信号が伝わるという現象はいっさい起きていない。なぜ信号なしで情報が伝わるのか? それは系内の粒子(量子)たちが「もつれて」いるから──。
もつれた粒子たちからなる一つの系は、「部分」に分けることができず、したがって「部分から部分に伝わる」ような局所的な現象は起こらない。「非局所性」と「分離不可能性」が一致しているのである。ジョン・ベルは、もつれた二つの量子の相関性の強さから、ある「不等式」を数学的に導き出し、それはやがて「ベルの不等式」とよばれるようになった。
(p.9-10 『宇宙は「もつれ」でできている』 講談社ブルーバックス 山田克哉氏の『監訳前書き』の中の言葉) 太線は、傍点でした。下線は筆者によります。
|
テキサスにいる友人が、一枚の封筒に銀貨、もう一枚の封筒に銀貨を入れ、二枚の封筒を東京とロンドンに送ったとする。あなたが東京で封を開けた瞬間に、あなたはロンドンの封筒の中身を知ってしまう。あなたの封筒を開けるという行為は、イギリスにおける物理的変化を(光より速かろうと、そうでなかろうと)引き起こしはしないが。はるか遠方の、あなたの制御の及ばないところで起きたことに関する、あなたの知識を変化させるであろう。一方のコインを見れば、他方のコインをについて何かを知るのは確かだ。しかし、この知識はロンドンから東京に伝達されてきたのではなく、二つのコインの間に予め確立されていた関係の中に宿っているのである。金貨と銀貨は相関しているが、連結はしていない。両者の間には実在の連結はない。同じようにハイゼンベルクの知識解釈によれば、孤立して遠く飛び去った位相のからみ合ったクオンを実在的なものが連結しているのではない。瞬間的な位相連結が存在しているのは数学の中であって、実在の世界ではない。だから、それを本物と受けとめてはならない。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.249 白揚社) 下線は筆者によります。太線は傍点でした。
|
一方、金/銀貨の譬えはいかに説得的であっても、量子的相関の適切なモデルではないかもしれない。…
量子的無知が古典的無知と異なるのとまったく同じように、量子的測定で得られる「知識」は、封筒を開いて得られる知識とは別の種類のものである。ひょっとすると、相関しているコインのような通常の知識のモデルに頼って、瞬間的連結の実在性をそんなに易々と放棄してはいけないのかもしれない。
数学的な位相のからみ合いは実在世界の量子的連結の証拠ではないか、という疑いを強めるのが、量子的相関はあまりにも強くて、金/銀貨の類の通常の知識のモデルでは説明できない、というジョン・ベルの発見である。…ベルの定理は、ある二光子系の振舞いを説明するには、極端な思いきった実在のモデルをもち出さなければならないことを示している。それは偏在する強力な長距離連結性が真に存在することを必要とするモデルである。
(『量子と実在 不確定性原理からベルの定理へ』 ニック・ハーバート著 はやし・はじめ訳 p.250-251 白揚社) 下線は筆者によります。太線は傍点でした。
|
量子もつれは2粒子に相関をもたらすが、作用はもたらさない。
(『アインシュタインの夢 ついえる 測っていない実在しない』 谷村省吾 日経サイエンス2019 2月号 p.62 下線は筆者によります。
|
アインシュタインは量子もつれを受け入れることを拒否し、それを「不気味な遠隔作用」と呼んだ。
(『最終決着「ベルの不等式」の破れの実験 かつてアインシュタインが「不気味」と評した量子もつれ現象がこの世界で現実に起きていることが確定した』 R.ハンソン K.シャルム 日経サイエンス2019 2月号 p.58) 下線は筆者によります。
|
私たちが観測した粒子間の相関は直観に反しているが、量子もつれという「不気味な作用」が実際にあることを示している。
(『最終決着「ベルの不等式」の破れの実験 かつてアインシュタインが「不気味」と評した量子もつれ現象がこの世界で現実に起きていることが確定した』 R.ハンソン K.シャルム 日経サイエンス2019 2月号 p.61) 下線は筆者によります。
|
二つの実体が互いに作用すると、必ず「もつれ」が生じる。… のちに別の何かと相互作用しない限り … どれほど互いに遠く離れていても、もつれは持続する。
このもつれこそが、原子を構成する粒子の動きを支配している。まず、互いに作用し合うと、粒子は単独としての存在を失う。どれほど遠くに離れても、片方に力が加えられ、測定され、観測されると、もう片方は即座に反応するらしい。両者の間に地球がすっぽり入るほどの距離があったとしても、だ。だが、そのしくみは未解明だ。
奇妙に感じられるかもしれないが、こうした相互作用は四六時中起こっている──それがわかったのはジョン・ベルのおかげだ。
(p.26-27 『宇宙は「もつれ」でできている』 講談社ブルーバックス) 下線は筆者によります。
|
ここにある矛盾を、素スピノル物理学パラダイムは、ベルの定理および量子もつれについての具体的な解釈(具体的な幾何的モデル)を提示することによって解消すると考えられます。
素スピノル物理学(あるいは素スピノル物理学パラダイムのすべて)は、ベルの定理(実在が非局所的であること)についての、(従来の量子物理学に欠けていた)具体的な解釈(具体的な幾何的モデル)を提示しています。
すなわち、素スピノル物理学パラダイムは、非局所性(量子もつれ)は、(宇宙にある)すべての量子がお互いに、やみくもに常にもつれ合い続けているという性質のものではなく(ボームが考えたような「実在は分割できない全体である!」という性質のものではなく)、決まった規則で(特定の量子どうしが、特定のタイミングで)もつれあっているという性質のものであることを示しています。
※なお、少なくとも、ベルの定理を確かめる実験が成立するために(宇宙にある)すべての量子がお互いにやみくもに常にもつれあっている必要がないのは明らかです。
※例えば、下記の『のちに別の何かと相互作用しない限り』もつれが持続するという性質、すなわち、もつれが適切なタイミングで解消されうるということは、光子の創発を支えると考えられます。詳細な検討は、今後の課題です。
二つの実体が互いに作用すると、必ず「もつれ」が生じる。… のちに別の何かと相互作用しない限り … どれほど互いに遠く離れていても、もつれは持続する。
(p.26-27 『宇宙は「もつれ」でできている』 講談社ブルーバックス) 下線は筆者によります。
|
※量子もつれには、少なくとも次の3種類があると考えられます。
|
スピン0の量子もつれ
|
スピン1の量子もつれ
|
スピン2の量子もつれ
|
例 |
原始ヒッグス場ユニット
電子ヒッグス場ユニット
2つの電子
1つの電子
2つの光子
…
|
1つの光子
|
1つの重力子
|
|
※いずれも、構成する2つの素スピノル(or4つの素スピノル)の間の
総スピンを保ったままの共転回にもとづいています。
|
|