光の過去は変えられるのか。

日本経済新聞電子版にこの記事がありました。

光子の過去を変える！？　量子力学の不思議な実験
日経サイエンス
2012/1/21 7:00
http://www.nikkei.com/tech/trend/article/g=96958A9C93819595E0E2E2E2818DE0E2E2E3E0E2E3E0E2E2E2E2E2E2;p=9694E3E7E3E0E0E2E2EBE0E2E3E2
　先日ハイゼンベルクの不確定性原理を破る測定で注目を集めた量子力学。

現代物理学の根幹である量子力学が語るミクロな世界は、常識を超えた不思議な現象にあふれている。

とりわけ奇妙なのが、今の現象を測定すると、過去が変化するかのような現象だ。

通常のヤングの実験(上)、スリットに観測装置をおいたヤングの実験(中)、光子から観測の記憶を消去したヤングの実験(下)。谷村省吾氏より提供

　壁に開けた２つのスリットに光を当てると、背後のスクリーンに光の縞(しま)模様が映る。２つのスリットを通った光の波が重なって強め合ったり弱め合ったりするためで、光が波であることを示す「ヤングの実験」として、よく教科書に載っている。

　一方で、光は１個２個と数えられる「光子」という粒でできていることが知られている。

ヤングの実験で光を極限まで弱めると、光子が１個ずつ２つのスリットに当たるようになる。

この光子をスクリーン上で検出してその場所に点を打ち、これを何度も繰り返すと、やはり光の点は縞模様を描く。

　粒である光子の１個１個が干渉を起こすというのも変な話だが、現在では、光子は観測されていない時には空間に広がる波として伝わって干渉を起こし、観測すると粒となって現れると考えられている。

　ではスリットで光子を観測し、光子がどちらを通ったかわかるようにしたらどうなるだろう。

２つのスリットにそれぞれ偏光板を置き、右を通った光子と左を通った光子が異なる偏光を持つようにする。

光子に目印がつき、どちらを通ったかわかるようにすると、干渉縞は消えてしまう。光子はスリットのところで観測されて粒となり、スリットの一方しか通れなくなるからだ。

と、これまで説明されてきた。

　ところが光子の行く手にもう１つ偏光板を置いてすべての光子の偏光をそろえ、どちらを通ってきたかわからなくすると、再び干渉縞が現れる。

光子は再び波になったのだろうか？　

だがスリットはもう通ってしまった後だ。

光子が第２の偏光板に当たったとたん、スリットに戻って干渉をやり直すというのだろうか。

　さらに高度で奇妙な実験も行われている。

まず互いに連動する光子のペアをたくさん作り、一方の光子を適当に飛ばしてスクリーンに当てた上で、他方の光子の経路を気まぐれに調べたり調べなかったりする。

スクリーン上の光子のうち、相手の光子がたまたま調べられなかったものだけを取り出してスクリーンを感光させると、そこには干渉縞ができている。

逆に相手の経路が調べられた光子だけを取り出すと、干渉縞は見えない。

相手のどれを調べるかは後から決めたのに、そのことが先に飛んできた光子の過去を書き換える。

　光子の運命はいつ決まるのか。

名古屋大学の谷村省吾教授は、光子が観測器に飛び込んだ時ではなく、それよりずっと後、「人間がいるマクロな世界で結果が確認された時」だと見ている。

それまでは光子の過去は変更可能だという。

(詳細は25日発売の日経サイエンス３月号に掲載)

なんだ、日経サイエンスの宣伝記事か、などと言わないでください。

この実験は、量子力学以前から議論されてきた、光は波か粒子かという問題を再度提起してきたと言えます。

　でも、古典力学は光を波としてきたのでしょ。

それが、光電効果などで粒子の側面を見せ始めたので、量子力学が生まれてきたのです。

　さらに、波か粒子かの問題は電子なども巻き込んでいくのでしたね。

だが、果たして光は波になったり光になったりを繰り返しているのでしょうか。

　光は、一貫して波であると、言いたいの。

光は、古典力学が明らかにしたように、基本的には波だと思います。

古典力学の時代は、光の粒子性を明らかに出来るだけの実験が出来なかっただけでしょうね。

　光はパルス状の波動だが、古典力学の実験精度では測定出来なかった。

火花は出せても、きれいなパルスまでは無理だったでしょうね。

光の粒子性は、光は本質的にパルスとして生成することに由来しているのでしょうね。

しかし、量子には局所性と非局所性という難問があります。

　局所性が前面に出る実験では粒子性が、非局所性が前面に出る実験では波動性が、現象する。

量子は、おそらく疎密波のような形なのでしょうね。

実際は、疎密波と横波を合わせた姿であろうと、想像できます。

相手の経路が調べられた光子だけを取り出すと、干渉縞は見えないという結果も、このように解釈できるかも知れません、

一方の経路は調べられた時点で波動から粒子に転化した、つまり運動エネルギーが位置エネルギーに転化したということでしょうね。

　局所性＝粒子性＝位置エネルギー

　非局所性＝波動性＝運動エネルギー

　そういうことですね。

一方の状態が決まると、他方の状態も決まる。

最新の量子力学が見出した事態が、今回の実験でも現象したという事でしょうね。

　スピンの上向きか下向きか決まる代わりに、干渉縞ができるかどうかということになっただけ。

そういうことでは、ないでしょうか。