こんにちは。
八千代緑が丘校の轟です。
10/3(月)～10/10(月)にかけて、
各部門のノーベル賞の受賞者が発表されます。
今年はどんな方が、どんな内容の研究で
受賞されるのかなと、私は気になっています。
昨夜(10/4(火))は、物理学賞の発表で、
アラン・アスペ氏、ジョン・クラウザー氏
そしてアントン・ツァイリンガー氏の３名が受賞されました。
受賞理由は
『for experiments with entangled photons,
establishing the violation of Bell inequalities
and pioneering quantum information science』
日本語に訳すと以下になると思います。
「量子もつれ光子を使った実験により、
ベルの不等式の破れを実証し、
量子情報科学の分野を開拓したため」
この理由を聞いても、あまりにも日常生活では
聞かない単語が多いため、「んっ？ どういうこと？」
という気持ちになってきますね。
今回は、この難しくてよくわからない内容を
雰囲気だけでも高校生と共有できたらと思い、
内容をざっくりとご紹介したいと思います。
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まず、量子もつれとは、2つの粒子が強い相互関係にある
状態(粒子のスピン、運動量などの状態を共有する状態)
です。
例えば、一方の粒子を観測したときのスピンが上向きであれば、
もう一方は瞬時に下向きになる感じです。
(運動量については高校の物理で学びますが、
スピンについては高校の化学の授業において
学校の先生によっては説明して下さる可能性がある程度で
大学になってから学ぶ方がほとんどだと思います。)
私たちの目に見える世界の常識的には
例えば、学校の校庭で誰かが大声で叫んで、
その声を教室にいる誰かが聞いたとしたら
少しは時間差が生じますよね。
離れている距離にもよりますが、例えば100メートル
離れていたら、約0.3秒の時間差が生じます。
つまり、情報は瞬時には伝わらない
(このことを局所性と言います)
と考えます。
また、例えば、机の上にサイコロが置いてあるとして
どの目が出たかがわからないように、ハンカチが
かぶせてあるとします。
普通、ハンカチをどかせば、どの目なのかがわかり、
ハンカチをどかす前と後で、出ている目は一緒と
考えますよね。
つまり、測定する前から値は決まっている
(このことを実在性と言います)
と考えます。
目に見えない粒子を扱ううえでも
この局所性と実在性が成り立つと仮定した場合に
ベルが数学的に導出した不等式が
ベルの不等式と言われているものです。
この不等式によると、ＡとＢの二つの粒子の
関係性を表すパラメータＳの範囲が
－２≦Ｓ≦２
となっています。
しかし、その後のクラウザーらによる実験があり、
さらにその後、アスペらの実験により
二つの粒子の関係性を表すパラメータＳの値が
Ｓ≒２.７
だということが導き出されました。
『えっ!!、－２≦Ｓ≦２に入っていないじゃん』
ということになります。
つまり、実験により、量子の世界では
局所性と実在性が破綻していることが
わかったのです。
つまり、これが、アインシュタインのような大物理学者
ですら、腑に落ちなかった
『測定する前は確率的にしか決まっていない』
ことが明らかになりました。
『おー、マジか～!! その不思議さ、ワクワクする!!』
と思った方、理学部物理学科で研究する素質抜群です。
一方で、「ふ～ん、それって何か意味があるの？」
と思われた方も多いかもしれません。
実は、こういった量子の研究を通して
量子情報科学が発展してきました。
最近では「次世代の金融取引は量子コンピューターが主役になる」
というニュースもありましたが、今後、量子の世界の研究が
私たちの文明に大きく関わってくると思うと、
少し、親近感を持って頂けたでしょうか？
今回は、ノーベル物理学賞の話題から、
現代物理学(高校の教科書では原子物理の分野)
に少し興味がわいたらという思いで書かせて頂きました。
ただ、一番私が思うことは、この難解なテーマに生涯を
かけて取り組んでいる物理学者がいるように、
どんな分野・テーマでも良いので
『高校生の皆さんが、この分野を徹底的につきつめたい』
と思えるようなことに出会えたらいいなと思いました。
(八千代緑が丘校 轟)
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