不確定性という言葉は量子力学でよく使われます。ある考え方では、これは、私たちが不確かな何かが世界に存在することを意味します。しかし、ほとんどの物理学者は、自然自体が不確実であると信じています。

現代の量子力学の創始者の1人であるドイツの物理学者ヴェルナーハイゼンベルクが理論を提示した方法の中心は、本質的な不確定性でした。

彼は次のように述べています。粒子のすべての特性を同時に知ることは決してできないことを示した不確定性原理を前進させます。

たとえば、粒子の位置を測定することで、その位置を知ることができます。しかし、この測定は、位置測定の精度に反比例する量だけ、必然的にその速度を乱します。

ハイゼンベルグは間違っていましたか？

ハイゼンベルグは、不確定性原理を使用して、測定がどのようになるかを説明しました。量子力学の古典的な特徴である2スリット干渉パターンを破壊します（これについては以下で詳しく説明します）。

しかし1990年代に、著名な量子物理学者の中には、どちらを決定できるかを判断できると主張した人もいます。粒子がその速度を大きく乱すことなく通過する2つのスリット。

それは、ハイゼンベルグの説明が間違っているに違いないという意味ですか？ Science Advancesに掲載されたばかりの研究で、実験の同僚と私は、その結論にジャンプするのは賢明ではないことを示しました。

不確定性原理から予想されるサイズの速度擾乱が常に存在することを示しています。 、ある意味で。

しかし、詳細に入る前に、2スリット実験について簡単に説明する必要があります。

2スリット実験

このタイプの実験では、 2つの穴またはスリットのあるバリアです。また、バリアで発射された場合に両方のスリットをカバーするのに十分な大きさの位置の不確実性を持つ量子粒子があります。

粒子がどちらのスリットを通過するかわからないため、通過するかのように動作します。両方のスリットを通して。これの特徴は、いわゆる「干渉パターン」です。スリットを超えた遠方界のスクリーンで粒子が見つかる可能性が高い場所の分布に波紋があります。これは、スリットをはるかに超えた距離（多くの場合数メートル）を意味します。 。

ただし、測定値を入力するとどうなりますか粒子がどのスリットを通過するかを見つけるためのバリアの近くのデバイス？干渉パターンはまだ表示されますか？

答えはノーであることがわかっています。ハイゼンベルグの説明は、位置測定が十分に正確であるかどうかを判断できるというものでした。粒子が通過するスリットは、粒子が終了する場所に影響を与えるのに十分な大きさの速度にランダムな干渉を与えます遠方界に到達し、干渉の波紋を洗い流します。

著名な量子物理学者が気付いたのは、粒子がどのスリットを通過するかを見つけるには、位置測定自体は必要ないということです。粒子が通過するスリットに応じて異なる結果が得られる測定はすべて実行されます。

そして、粒子への影響が、通過するときのランダムな速度キックの影響ではないデバイスを考案しました。したがって、彼らは、干渉の喪失を説明するのはハイゼンベルグの不確定性原理ではなく、他のメカニズムであると主張しました。

ハイゼンベルグが予測したように

私たちは彼らのことを理解する必要はありません。私たちの実験では、ハイゼンベルグが予測したサイズの粒子の速度に影響があることが示されたため、干渉を破壊するメカニズムであると主張しました。

粒子が測定装置を通過するときにこの速度の乱れが発生しないため、他の人が見逃していることを確認しました。むしろ、粒子がスリットを十分に通過するまで、遠方界に向かう途中で遅延します。

これはどのように可能ですか？ええと、量子粒子は実際には単なる粒子ではないからです。それらも波です。

実際、私たちの実験の背後にある理論は、波と粒子の性質の両方が明らかになる理論でした。波は、理論物理学者のデビッド・ボームによって導入された解釈に従って粒子の動きを導きます。 、ハイゼンベルグの後の世代。

実験しましょう

私たちの最新の実験では、中国の科学者は2007年に私が提案した手法に従って、両方のさまざまな開始点から、量子粒子の仮定された運動を再構築しました。スリット、および測定の両方の結果。

彼らは、測定装置が存在しない場合の速度と存在する場合の速度を経時的に比較し、測定の結果としての速度の変化を決定しました。

実験では、粒子の速度に対する測定の影響は、粒子が測定装置自体を通過した後も、測定装置から5メートル離れたところまで続くことが示されました。

その時点までに、遠方界では、速度の累積変化は、平均して、干渉パターンの波紋を洗い流すのに十分な大きさでした。

つまり、結局、ハイゼンベルグの不確定性原理は勝利を収めました。

持ち帰りのメッセージですか？ 原理のすべての理論的定式化を検討するまで、どの原理が現象を説明できるか、または説明できないかについて広範囲にわたる主張をしないでください。

はい、それは少し抽象的なメッセージですが、物理学から遠く離れた分野に適用できるアドバイスです。