アインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックス

EPRパラドックスの概要

アインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックス（通称EPRパラドックス）は、1935年にアルベルト・アインシュタイン、ボリス・ポドルスキー、ネイサン・ローゼンの3人によって提唱された理論的な問題です。このパラドックスは、量子力学における「量子もつれ」状態が、相対性理論の原則である局所性を破る可能性を示唆しています。

パラドックスの背景

EPRパラドックスは、量子もつれに関する思考実験を通じて、量子力学が局所実在論、つまり観測対象が観測されなくてもその状態が確定しているという考え方をどのように破るのかを探求します。この考え方に基づいて、EPRパラドックスは「非局所相関」として知られるEPR相関を生み出します。これらの理論は、相対性理論との整合性を考えた際の矛盾点を浮き彫りにしました。

スピンと隠れた変数理論

EPR論文の思考実験では、粒子の位置と運動量が測定される状況が考慮されますが、デヴィッド・ボームはスピンの測定に焦点を当てた変種を提示しました。この理論では、スピン0の素粒子が崩壊し、2つの粒子（例えば電子と陽電子）が互いに異なる方向に飛び出す様子を考えます。量子力学の原理に従えば、これら2つの粒子は互いに反対のスピンを持つことが予測されます。

ここで、片方の粒子のスピンが測定されると、もう片方の粒子のスピンについても特定の値を持つことが約束されます。この状況は、隠れた変数理論を示唆することになります。すなわち、実際には量子力学の記述が不完全であるため確率的な予測しかできないが、潜在的には決定論的な要因が存在するのではないかという考えです。

相対性理論との対立

EPRパラドックスが生じる背景には、局所実在論に基づいた確立された仮定があり、これは特に相対性理論と関連しています。相対性理論によると、光速を超える影響は因果律を破るため許されないとされます。このため、量子もつれがもたらす非局所的な相関が相対性理論に反する可能性があることが、EPRパラドックスをパラドックスたりえさせています。

実験的な検証

ジョン・スチュワート・ベルは、局所的な隠れた変数理論に基づく不等式であるベルの不等式を導出しました。アラン・アスペの実験を含む数々の実験によって、ベルの不等式が成立しないことが示され、局所的な隠れた変数理論は否定されました。この結果、現在では「EPRパラドックス」という用語は使われず、むしろ「EPR相関」という用語が使われています。これは、量子もつれが生じる非局所的な相関関係として理解されています。

現代の量子技術への影響

このような非局所的な現象は、量子もつれの特性として知られ、量子テレポーテーションや量子暗号といった最先端の量子技術の基盤となっています。EPRパラドックスの探求は、量子力学の理解を深めるだけでなく、現代の量子技術の発展にも寄与しています。

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EPRパラドックスの研究は、量子力学の理論だけでなく、広く科学全体に影響を与える重要な研究テーマであり、多くの物理学者によってこれからも探求され続けるでしょう。

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