科学者たちは現実の本質を再び考える

測定精度が量子力学によって設定された不確実性限界に近づくたびに、結果は測定装置とシステム間の相互作用力学に依存する。 この発見は、量子実験がしばしば矛盾する結果をもたらし、物理現実に関する基本的な仮定と矛盾する理由を説明することができます。

研究分析と結果

広島大学の二つの量子物理学者は最近、測定相互作用の力学を分析した。 ここで、物理特性の値は、メーター状態の定量的変化として識別される。 これは難しい問題です。 システムが物理特性のいわゆる「固有状態」、すなわち物理特性が以下の特性を有する非常に小さい特殊量子状態セットにない場合、量子理論は物理特性の値を識別しないからである。 固定値

研究者らは、測定相互作用中のシステムのダイナミクスの説明から、システムの過去の情報と将来の情報を組み合わせることでこの根本的な問題を解決し、物理システムの観察可能な値は測定のダイナミクスに依存することを示しました。 観察される相互作用です。

量子理論によれば、測定結果は、測定相互作用によってシステムの過去と将来の関係が変化することによって形成されます。 提供：Tomonori MatshishitaとHolger F. Hofmann、広島大学

研究チームは最近、研究結果をジャーナルに発表しました。 物理レビュー研究。

日本広島大学先端科学技術大学院ホルガーホフマン教授は「様々な実験結果が同じ物理現実と調和できないため、量子力学の解釈については多くの意見の違いがある」と話した。

「この論文では、測定相互作用力学の量子重複がメーターの反応に見られるシステムの観察可能な現実をどのように形成するかを調べます。 これは、量子力学における「ネスト」の意味を説明する重要なステップです。」とHofmannは言います。

ネストと物理現実

量子力学では、ネストは、適切な測定が実行されたときに明確に区別できることにもかかわらず、2つの可能な現実が共存しているように見える状況を説明します。 研究チームの研究分析によると、入れ子になったことは、さまざまな測定が行われたときにさまざまな種類の現実を説明することを示しています。 物体の現実は、物体と周辺環境の相互作用に依存する。

「私たちの結果は、物体の物理的現実が過去、現在、将来の環境とのすべての相互作用の文脈から分離することができないことを示しています。を提供します。 「材料ビルディングブロック」とHofmannは言いました。

量子理論によれば、測定で観察される物理的特性の値を表すメーターの動きは、メーターがシステムの状態を乱すインバースアクションの変動によって引き起こされるシステムのダイナミクスに依存します。 異なる可能なシステムダイナミクス間の量子重なりは、メーター応答を形成し、ここに特定の値を割り当てます。

著者は、システム力学の変動が測定相互作用の強度に依存することをさらに説明した。 弱い相互作用の限界では、システムダイナミクスの変動は無視できるほど小さく、メーターシフトは物理的特性とそれに関連するダイナミクスとの間の関係を表す古典的な微分方程式であるHamilton-Jacobi方程式から決定することができます。

測定相互作用が強い場合、異なるシステム力学間の複雑な量子干渉効果が観察される。 完全に解決された測定には、システム力学の完全なランダム化が必要です。 これは、量子干渉効果が物理特性の固有値に対応する量子プロセスのコンポーネントのみを選択する可能性のあるすべてのシステムダイナミクスのネストに対応します。

固有値は、教科書量子力学で測定結果に割り当てる値です。 光子 数字、回転の増加、回転の減少など。 新しい結果が示すように、これらの値はダイナミクスの完全なランダム化の結果です。 測定によってシステム力学が完全にランダム化されていない場合は、他の値を考慮する必要があります。

量子測定の理解に関する示唆

興味深いことに、これらの観察は、現実を説明する際に測定結果を使用するという新しい視点を提供します。 局所化された粒子または整数スピン値が現実の測定独立要素であると仮定するのが一般的ですが、これらの研究はこれらの値が十分に強い測定で量子干渉によってのみ生成されることを示唆しています。 実験データの意味についての私たちの理解には、根本的な修正が必要な場合があります。

ホフマンと彼のチームは、多くの量子実験で観察された矛盾した結果をより明確にすることを期待しています。 「状況に応じた現実は、逆説的に見える広範な量子効果を説明することができます。 私たちは現在、これらの現象のより良い説明に取り組んでいます。 最終的に目標は、微細な物体の現実に対する無邪気な信念による誤解を避けながら、量子力学の基本概念のより直感的な理解を発展させることです。」とHofmannは言います。

参照：Tomonori MatsushitaとHolger F. Hofmannの「システムとメーターの間の量子凝集性相互作用の力学に対する測定結果の依存性」、2023年7月31日、 物理レビュー研究。
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033064

この研究は日本科学技術庁の資金援助を受けました。