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』
8《非局所性(量子もつれ)と重ね合わせの原理》
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)』にもとづいているという意味でも、非局所的な実在論(「非局所性を持つ“隠れた変数理論”」)の立場に相当しています。
さらには、素スピノル物理学パラダイムの基本的前提の1つである共転回原理は、「“非局所性のしくみ”そのものである」と言えるほど、非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)とがっちりかみ合っています。
※実際、非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)の一切が、共転回原理によって説明できてしまいます。
ここで、「非局所性(量子もつれ)」と関係のある「重ね合わせの原理」が、素スピノル物理学パラダイムでどのように説明できるのかを通じて、共転回原理と非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)が、どのようにかみ合っているのかをみていきます。
例えば、次のような例を考えてみます。
『電子Aと電子Bが、“量子もつれ”の状態にあるとき、電子AとBが、どんなに遠くに離れていても、「電子Aが上向きならば、電子Bは必ず下向き」であり、「電子Aが下向きならば、電子Bは必ず上向き」であるという関係が成り立つ。
観測される前は、これらの二つの状態が、(同時に)重ね合わさっており、その状態は、(上向き電子A+下向き電子B)+(下向き電子A+上向き電子B) と表記できる。』 |
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るのでした。
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スピン0量子もつれ
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スピン1量子もつれ
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スピン2量子もつれ
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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
…
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1つの光子
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1つの重力子
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※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。
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すなわち、素スピノル物理学パラダイムによれば、「非局所性(量子もつれ)」の一切は、“(量子を構成する)素スピノルどうしの(総スピンが一定のままの)共転回”によって生じていると考えられます。
このことにより、「同時に存在している各状態の重ね合わせ(同時多状態)」によって説明されてきた現象はすべて、「“時間差”を持って存在している各状態(一時一状態)の総和」として創発していると理解できます。
上記の電子Aと電子Bの例については、この仮説で説明すると、次のようになります。
『電子Aを構成する素スピノルと、電子Bを構成する素スピノルが共転回することにより、どんなに遠くに離れていても、「電子Aが上向きならば、電子Bは必ず下向き」であり、「電子Aが下向きならば、電子Bは必ず上向き」であるという関係が成り立つ。
観測される前は、共転回する度に、これらの二つの状態の間を、時間をかけて(時間差ありで)行ったり来たりしている。 その様子は、(上向き電子A+下向き電子B)←→(下向き電子A+上向き電子B) と表記できる。』 |
このような説明をする素スピノル物理学パラダイムによれば、観測される前にも後にも、電子のペアは、常に実在していることになります。
一方の従来の量子物理学パラダイムによれば、「同時に存在する複数の状態の重ね合わせ(同時多状態)」の方は、観測されるまでは実在していないことになります。
両者を比較すると次のようになります。
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従来の量子物理学パラダイム
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素スピノル物理学パラダイム
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原理
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「重ね合わせの原理」
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「共転回原理」
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表記の例 |
(上向き電子A+下向き電子B)+(下向き電子A+上向き電子B) |
(上向き電子A+下向き電子B)←→(下向き電子A+上向き電子B) |
時間
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同時に複数の状態が存在していると説明
(一時多状態と説明)
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時間をかけてそれぞれの状態を行ったり来たりしていると説明
(一時一状態と説明)
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実在
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深い実在は存在しない。
非実在の可能性の波が重ね合わさっている。
観測が実在を創造する。
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観測に関係なく常に深い実在が存在している。
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素スピノル物理学パラダイムによれば、「2つの電子のスピンの量子もつれ」のみならず、「2つの光子の量子もつれ」を含め、あらゆる、「ベルの不等式の破れ」を示す観測結果を「“(量子を構成する)素スピノルどうしの(総スピンが一定のままの)共転回”」で説明できることがわかります。
したがって、「ベルの不等式の破れ」を示す実験結果はすべて、「(量子を構成する)素スピノルどうしの共転回(共転回原理)が成立していることを支持する観測結果である」と解釈できることになります。
※「観察の理論負荷性」の一例に相当しています。
※なお、他にも、例えば、「二重スリットの実験で生じる縞模様」を含め、これまで「重ね合わせの原理」&「波の干渉」によって説明されてきた現象も、「“時間差”を持って存在している各状態(一時一状態)の総和」によって説明できることがわかります。例えば、「1つの電子は、1つの軌道を運動し続けている」というように説明できます。 (→9《電子や光子の二重スリット実験の説明》)
したがって、「二重スリットの実験で生じる縞模様」を示す実験はすべて、「“時間差”を持って存在している各状態(一時一状態)の総和として創発しているという説明を支持する観測結果である」と解釈できることになります。
※これも「観察の理論負荷性」の一例に相当しています。
このようにして、素スピノル物理学の根幹を支えている「共転回原理」が、「非局所性(量子もつれ)の現象のすべて」のみならず、(二重スリットの実験を含む)「重ね合わせで説明されてきた現象のすべて」も支えていると理解できるのです。
さらには、素スピノル物理学パラダイムによれば、基本前提である「共転回原理」は、光子や重力子、質量や電荷、重力場や電磁場、各種のヒッグス場、クォークやレプトン、弦…の生成や、光速度不変性、光子や重力子によるエネルギーの運搬、ET=hの関係、「波と粒子の二重性」… を含む物理的な現象を根底で支えているものでした。
従来の物理学のパラダイムに照らすと、確かに、“非局所性(量子もつれ)”の現象には、アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだように、奇妙な&気味悪いところがあります。
しかし、素スピノル物理学パラダイムに照らすと、それは、全く逆転します。
「ベルの不等式の破れ」の観測という“非局所性(量子もつれ)”を意味する現象のすべては、共転回原理の“実験的な裏付け(証拠)”に相当することになります。
※この一見奇妙に思える「ベルの不等式の破れ」を示す現象は、ふつうは隠されていて認識できない“素スピノルの共転回”の現象をかいま見させてくれる、貴重な“窓”だということになります。
すなわち、非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)を証明する実験結果は、すべて、“素スピノルの共転回”の実在性を支持する重要な観測結果であると解釈できることになります。やはり、これも「観察の理論負荷性」の一種です。
また、“非局所性(量子もつれ)”の現象のすべては、素スピノルの共転回によって説明できる、(奇妙でない&不気味でない)ありふれた現象であると解釈できることになります。
※各種の非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)を示す観測結果がどのようにして生じるかは、すべて“素スピノルの共転回”によって、すっきりと(奇妙なこと&不気味なことではなく)ありふれたこと&当然なこととして理解できることになります。
素スピノル物理学パラダイムによれば──
共転回原理(≒非局所性)という現象は、本来は、自然界をくまなく、根底で支えてくれるありふれた現象であり、「ベルの不等式の破れ」を示す現象は、この共転回原理(≒非局所性)の実在性を証明してくれる貴重な現象です。
つまり、従来の物理学の世界で、比較的、“やっかいもの”あつかいされたり、見て見ぬふりされたりする傾向の多い、「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」の存在証明は、fスピノル物理学パラダイムを根底で支える重要な性質(共転回原理)の存在証明だったと言うことになるのです。
そもそも、「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」の奇妙さ&気味悪さの本質は、量子どうしが「光円錐を越えて、作用し合う」ことにあるのだと思います。(それが特殊相対性理論に反すると思われるからです)
素スピノル物理学パラダイムによれば、「量子どうしが、光円錐を越えて作用し合う」のは、「量子を構成する素スピノルどうしが、光円錐を越えて作用し合う」からです。
この「光円錐を越えて、素スピノルのペアが作用し合う」ことが、共転回原理に内在する“同時に”転回するという性質を支えていることは、一見、従来の物理学をゆるがすような印象を与えるかもしれません。しかし、これまでの素スピノル物理学パラダイムの説明を振り返れば、決して従来の物理学(特殊相対性理論)をゆるがさないことはわかっていただけると思います。
※2つの素スピノルのペア(総スピンが1)が共転回する様子を、光円錐に重ねて、図示してあります。
光円錐とは、「光(光速)がたどりつける範囲」を示しています。
共転回は、その定義により、「総スピンが一定のまま同時に転回すること」でした。
したがって、共転回の開始時から終了の直前まで、2つの素スピノルのペアは、上図のように光円錐を超越して作用し合っていることになります。
共転回が完了するとともに、光円錐の外にあった素スピノルが、ちょうど光円錐に接します。
例えば、これを繰り返すことによって生じる光子の移動そのそものは、「光速である」ことに変わりありません。
ここに特殊相対性理論に抵触する問題は何もありません。
※例えば、2つの素スピノルが、2つの電子を構成する素スピノルであった場合は、光円錐を越えて達成される素スピノルのペア(総スピンが0)の共転回が、量子もつれを生んでいることになります。
その結果、それぞれのスピンの向きは、同時に(総スピン0を保ちながら)変化することになります。
一見、アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだように、奇妙に&気味悪く思われますが、この現象において、特殊相対性理論に抵触する問題は何もありません。
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「量子どうしが光円錐を越えて作用し合うこと」、つまり、「素スピノルどうしの光円錐を越えて成立する共転回」には、従来の物理学(特殊相対性理論…)に抵触する問題は何もありません。
しかも、「素スピノルどうしの共転回」は、従来の物理学(特殊相対性理論…)をゆるがすどころか、すでに述べたように、非局所性(量子もつれ)の現象や重ね合わせを説明できるのみならず、 光子や重力子が生む現象(電磁波、電磁場、電荷、電磁気力、ファラデーの法則、アンペール-マクスウェルの法則、慣性運動、運動の第二法則F=ma、光速度不変性、ローレンツ収縮、重力場、時空の曲がり…)やグルーオンやLP光子が生む現象(強い相互作用、色荷、「グルーオンの集積したひも」、クォークの閉じ込め、プレオン∴の閉じ込め、クォークやレプトンの創発、「LP光子の集積したひも」、弱い相互作用…)を含むあらゆる物理的な現象の創発を根底で支えているのでした。
逆なのです。
これまで、「特殊相対性理論により光円錐を越えた相互作用はありえない」と単純に考えられてやみくもに否定されてきましたが、逆に「光円錐を越えた素スピノルどうしの共転回」という「光円錐を越えた相互作用」こそが、“光速度不変性”や特殊相対性理論、一般相対性理論の世界、マクスウェルの電磁気学の世界、ニュートン力学の世界、素粒子物理学の世界、弦理論の世界、ループ量子重力理論の世界… の成立を根底で支えているのです。
共転回原理で説明される「光円錐を越えた相互作用」(≒非局所性)は、あらゆる物理学と矛盾していないどころか、あらゆる従来の物理学的な現象を根底で支えているのです。
つまり、共転回原理で説明される「光円錐を越えた相互作用」(≒非局所性)は、従来の物理学をゆるがしているのではなく、逆に、守っているのです。
目立たない縁の下の力持ちのように、根底で既存のさまざまな物理現象を支えているしくみ── それが、共転回原理で説明される「光円錐を越えた相互作用」(≒非局所性)だったのです。
そのことを(“究極の量子論”を内在している)素スピノル物理学パラダイムの驚異的な成果がはっきり示しています。
※素スピノル物理学パラダイムによれば、弦理論の中に登場する“弦”のすべて(1次〜3次)も、結局は(根底では)「素スピノルどうしの共転回」に支えられて創発しています(→成果4)。よって、弦理論(弦が存在することを前提にする理論)が“一定のゆるぎない成果をあげていること”は、共転回原理で説明される「光円錐を越えた相互作用」(≒非局所性)を支持していると解釈できることになります。
また、ループ量子重力理論を支えるスピンネットワーク(→成果4)は、「素スピノルどうしの共転回」と関連しています。
よって、ループ量子重力理論が“一定のゆるぎない成果をあげていること”も、共転回原理で説明される「光円錐を越えた相互作用」(≒非局所性)を支持していると解釈できることになります。
『ありふれた根本的なしくみとして、自然(nature)をくまなく支えている「素スピノルどうしの共転回」の実実在性』を支持してくれるものが「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」を証明する実験です。
ここには、“素スピノルどうしの共転回のしくみ(共転回原理)”が「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」を理論的に説明すると同時に、「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」を証明する実験が“素スピノルどうしの共転回のしくみ(共転回原理)”を支持しているというシナジー関係があります。
したがって、「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」は、かつて、量子論や特殊相対性理論を生み出すためのよりどころとなった、2つの“暗雲(困難)”に続く── 新たな“暗雲(困難)”の1つに相当すると言えると思います。
つまり、素スピノル物理学パラダイムによれば、『「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」を証明する実験こそは、量子論や相対論が育つ土壌となった「第1、第2の暗雲」に続く、「第3の暗雲」に匹敵する、きわめて重要な困難だった』ということになります。
※“第1、第2の暗雲(困難)”については、次の記述が参考になります。
今世紀初頭の1900年4月、イギリスの物理学会の長老ケルビン卿は、「熱と光の力学理論の頭上ある19世紀の雲」という象徴的な演題のもとに講演を行い、すでに完成されたと見なされていた古典物理学に内在する二つの深刻な困難を指摘した。
まず、熱輻射についての困難は、この講演の数ヶ月後に現れたプランクの量子仮説の提唱によって劇的な解決が見られることになったのであるが、1905年、アインシュタインはプランクの量子仮説を一歩進め、直裁、簡明な光量子論を提出して、光電効果の問題を解決した。…
…
特殊相対性理論は、いうまでもなく、ケルビンのあげた、もう一つの光の伝播に関する困難を根本的に解決する…ことになった。
(『アインシュタイン選集1』 監修者のことば by湯川秀樹 i〜iiより引用 共立出版株式会社) 下線は、筆者によります
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なぜなら、「非局所性(量子もつれ、絡み合い、エンタングルメント)」という新たな暗雲(困難)は、(“光速度不変の原理”や“量子仮説(量子原理)”に匹敵する)“共転回原理”の正当性を支持し、素スピノル物理学が育つ土壌となっているからです。
アインシュタインが、 生前に、ベルの定理や「ベルの不等式の破れ」を知っていればどのように対応したでしょうか?
おそらく、いさぎよく、(局所性を信じていたことの)間違いを認め、非局所性を受け入れたであろうと推測できます。
なぜなら、1つは、アインシュタインが“実在論、因果律(決定論)、局所性(分離性)”の中でとりわけ実在論を重視していたからです。
そのことは、以下の記述からも読みとれます。
後年、アインシュタインと議論したパウリは、ボルンに宛てた手紙の中で次のように述べている。「あなた(ボルン)はアインシュタインの替え玉人形をこしらえて、それを相手に闘っています。アインシュタインは『決定論』が基本的だと思っている、と言われることが多いですが、じつはそうではありません。物理理論は『決定論』でなければならないとは思っていないと彼は力を込めて何度も言っています。アインシュタインの意見が我々と分かれるのは『決定論』かどうかではなく、『実在論』かどうかという点なのです。つまり、彼の哲学的見地は、あなたが思っているのとは別のところにあるのです」。
(『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。
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「神はサイコロを振らない」という印象的な言葉を、アインシュタインは一度ならず口にした。… 「神は……」は、コペンハーゲン解釈ではダメだということを印象づけるフレーズであって、彼の科学的世界観の基礎ではなかった。…
… 「アインシュタインの意見がわれわれと異なるのは、“決定論”かどうかではなく、“実在論”かどうかという点なのです」とパウリはボルンに言った。…驚いたことに、アインシュタインとは長い付き合いだったにもかかわらず、ボルンは、アインシュタインが真に問題視していたのは神がサイコロを振るかどうかではなく、コペンハーゲン解釈が「観測者とは独立した実在を説明することを断念した」ことだという点を、ついに十分に理解することはなかった。
(p.458 『量子革命』) 下線は、筆者によります。
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アインシュタインは1950年に書いた量子力学についての文章の中で、「問題の核心は、因果律にあるのではなく、実在論にあるのです」と述べた。「実在を描き出すという望みを捨てることなく、量子のパズルを解くことはできる」と、彼はずっと思っていたのだ。 そしてその実在は、相対性理論を発見した人間にとってみれば、光より速く伝わる影響には居場所のない、局所的なものでなければならなかった。ベルの不等式が破られたということは、アインシュタインが観測者とは独立した量子の世界を求めるのであれば、捨てるべきは局所性であるということを意味していた。
(p.460 『量子革命』) 下線は、筆者によります。
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彼(アインシュタイン)は、自叙伝の中で、量子実在の問題に対する彼の最終的な考えを表明している。「実在のモデルの可能性、私は今でも信じている──それはたんに事物の生起の確率だけではなく、事物それ自体を表現する理論の可能性である。」
(『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.50 白揚社) 下線は筆者によります。
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終生、実在を求め続けたアルバート・アインシュタインは、分離という幻想について、あえてこう述べている。
人間はわれわれが「宇宙」と呼んでいる全体の部分である。時間と空間で制限された一部である。
彼は彼自身、彼の思考および感情を、他のものから分離されたものとして経験する──彼の意識の一種の光学的幻影だ。この幻影はわれわれには牢獄のようなものであって、われわれを個人的欲望と身近な少数の者に対する愛情の中に閉じ込めている。われわれの共感の輪をすべての生物、全自然を、その美において包めるまでに広げることによって、われわれ自身をこの牢獄から解放すること、それがわれわれの務めでなければならない。これを完全に達成することは誰にもできない。しかし。その成就のために努力することそれ自体が、解放の一部であり、内的平安の基礎なのだ。
(『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.360+361 白揚社) 下線は筆者によります。
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※『量子革命』の翻訳者 青木薫氏の胸を打つ言葉も参考になります。
もしもあの世のアインシュタインに会いに行き、ベルの不等式のことを説明して、クラウザーやアスペらの新世代の物理学者による実験結果を伝えたならば、アインシュタインはちょっと遠くを見やるような目をして、「ああ、そうか、そういうことだったのか」と言うのではないだろうか。そして彼は、非局所相関のある宇宙像を受け入れ、実在論は堅持するに違いない。
(p.510 『量子革命』あとがき) 下線は筆者によります。
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アインシュタインが非局所性をいさぎよく受け入れたであろう、もう1つの理由は、共転回原理で説明される「光円錐を越えた相互作用」(≒非局所性)が、まさに、次の記述の中の『何かもっと過激なこと』に相当していると思われることです。
一九四九年という最晩年になって、…アインシュタインは、「今日の量子論のもつ本質的に統計的な性質は、この理論が物理系について不完全な記述をしているせいで生じていると固く信じています」と述べた。
… 一九五四年には、彼ははっきりと次のように述べている。「今日の量子力学の全体的構造に関する基本的な考え方を変えることなく、単に何かを付け加えることによって、この理論の統計的な性質を取り除くことはできない」。 彼は、プランクスケールな量子の世界で古典物理学の概念に立ち返るのではなく、何かもっと過激なことが必要だと確信するようになっていた。もしも量子力学が、真実の一部しか捉えることのできない不完全な理論ならば、完全な理論がきっと存在して、発見されるのを待っているに違いないと彼は考えていたのだ。
(p.462 『量子革命』) 下線は筆者によります。
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そして、アインシュタインが非局所性をいさぎよく受け入れたであろう、もう1つの理由は、アインシュタインは、単に“特定の理論(考え)”を守ろうとし続けた人ではなく、あくまで、(ガリレオと同様に)真実(≒自然(nature)との調和)を探求しようとし続けた人だったことです。
そのことは、アインシュタインが、ハッブルによる宇宙膨張を示唆する観測結果を知ったとき、それまで持っていた「宇宙は静的である」という考えの間違い、すなわち、“宇宙項”の間違いをいさぎよく認めたことからも分かります。(おそらく、その後、加速膨張の観測結果を知れば、“宇宙項が間違いだったと見なしたこと”が間違いだったことを潔く認めただろうと考えられます)
アインシュタインは、“自分が間違えたかどうか”よりも何よりも、あくまで「それが真実かどうか(≒自然(nature)と調和しているかどうか)」にこだわり続けた、真の科学者でした。
“晩年のアインシュタイン”は、「(量子力学などの)新しい考えに順応できなかった頑固者」のようなレッテルが貼られていたようです。
しかし、少なくとも筆者には、アインシュタインは、最後の最後まで「間違いに気づいていこう」という姿勢を貫き、「真実の探求」(≒自然(nature)との調和の探究)を続けていた、真の科学者にしか見えません。
もう一度、引用します。
20世紀の始めから一九五五年にこの世を去るときまで、彼の念頭を離れなかったのがこの量子の問題だった。「量子問題については、私は一般相対論の一〇〇倍ぐらい頭を使っているよ」と彼は言っているが、そんなに考え続けても、どうにもらちがあかなかったのである。晩年になっても最初考えはじめたころと比べて少しの進歩もないどころか、いよいよもってわからなくなってきた感さえあった。「もう五〇年もの間必死で考え続けているというのに、いっこうに『光量子(クオンタ)とは何なのか?』という問題の解決に近づいてはしないのだ」とアインシュタインはぼやいている。「このごろは猫も杓子もこの答えがわかったなんぞと思っているらしいが、それは大まちがいというものだよ。」
(p.60 『アインシュタインの部屋──[上]』 エド・レジス著 大貫昌子訳 工作社) 下線は筆者によります。
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※やはり、『量子革命』の翻訳者 青木薫氏の胸を打つ言葉も参考になります。
もしもあの世のアインシュタインに会いに行き、ベルの不等式のことを説明して、クラウザーやアスペらの新世代の物理学者による実験結果を伝えたならば、アインシュタインはちょっと遠くを見やるような目をして、「ああ、そうか、そういうことだったのか」と言うのではないだろうか。そして彼は、非局所相関のある宇宙像を受け入れ、実在論は堅持するに違いない。
(p.510 『量子革命』あとがき) 下線は筆者によります。
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「EPR論文」は、結果的に、量子物理学についての新たな真実(自然(nature)との調和)にたどりつくための、かけがえなのないヒントを提供しました。
ベルは、アインシュタインとポドルスキーとローゼン(EPR)が三〇年前に書いた論文を、かつて読んだことがあった。ボーアらはこの論文に反論した。そのため誰もが、間違っているのはアインシュタインであり、この問題はすでに解決したと信じていた。しかしベルはそうは考えなかった。
ジョン・ベルは、かつてEPRがくりひろげた主張には大きな真実が隠されていることに気づいた。彼は、正しかったのは実はアインシュタインだったと悟った。誰もが「EPRのパラドックス」と呼んでいたのは、実はパラドックスではなかった。アインシュタインが発見した現象は宇宙の仕組みを理解するうえで極めて重要なものだったのだ。
(『量子の絡み合う宇宙』 p,142〜143 早川書房) 下線は筆者によります。
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頑なまでに石のように堅い信念を持ちながら、真実の探究(自然(nature)との調和の探究)を貫いていた真の科学者アインシュタインの存在が、この貴重なヒントの人類への提供を可能にしたのです。
彼(アインシュタイン)は、自叙伝の中で、量子実在の問題に対する彼の最終的な考えを表明している。「実在のモデルの可能性、私は今でも信じている──それはたんに事物の生起の確率だけではなく、事物それ自体を表現する理論の可能性である。」
(『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.50 白揚社) 下線は筆者によります。
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