物理学の奥深くには、幸運な推測が存在します。 それは非常に優れた推測であり、時間と実験に直面しても揺るぎないもので、現在では量子力学の基本原理となっています。
これはボルン則と呼ばれ、予測に使用されていますが、その仕組みを本当に理解している人はいません。 しかし、それを書き換えるという大胆な新しい試みは、最終的にそれを完全に理解するために私たちが求めていた突破口となるかもしれません。
ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの物理学者であるLluís Masanes氏とThomas Galley氏は、オーストリア科学アカデミーのMarkus Müller氏とチームを組み、この物理の基本法則を記述する新しい方法を探しました。
この最も気の遠くなるような量子原理に対するより深い真理を探したのは、彼らが最初ではありません。 そして、正直に言うと、彼らが最後になることはないでしょう。
まず、ボルン則の何がそんなに特別なのかを理解するために、少し話を戻す必要があります。 生きているようで死んでいる猫や、時空を超えて情報をテレポートする粒子など、私たちは物理学の地下をマジックショーのように見慣れているのです。
シュレーディンガー、ハイゼンベルク、アインシュタインといったビッグネームが栄光を手にしがちですが、ドイツの物理学者で数学者のマックス・ボルンこそ、量子力学がもたらした途方もない頭痛の種の功績に本当にふさわしい人物です。 フランスの物理学者ルイ・ド・ブロイが、光の波が粒子の性質を持つように、負の電子も波の性質を持っていれば、上空に留まることができるのではないか、という大胆な提案をするまでは、なぜシステム全体が崩壊しないのかということが大きな疑問として投げかけられていたのである。 しかし、固体に見える物質を海の波であるかのように表現するのは、まさに狂気の沙汰であった。 そこで、1926 年、ボルンは単純な提案をしました。同僚の数学からヒントを得て、これらの波がどのように確率を反映しているかを示し、観測と偶然性の尺度を結びつける規則を考え出しました。 この規則により、物理学者は波動関数の振幅が反映する確率を使って、実験における粒子の位置を予測することができるようになりました。 ボルンは、1954 年にその業績でノーベル物理学賞を受賞した際の講演で、アインシュタインの仕事から生まれた「ハッ！」とする瞬間を説明しました。
「彼は光波振幅の二乗を光子の発生に関する確率密度として解釈することにより、粒子、光量子または光子と波の二元性を理解可能にしようとしていた」と、ボルンは述べています。 しかし、ボーンを結論に導く基本的な公理や法則は存在しなかった。
アインシュタインはその意味合いを嫌い、有名な「神はサイコロを振らない」と主張し、量子力学は全体像を明らかにするための新しいピースを待つ不完全な理論だと感じていました。 そして、ボルン則は依然としてその中心に位置し、その選択の秘密を明かすことなく静かに予測している。
必要とされているのは、さらなる真実を示唆しながら予測の力を維持する、有名な法則の再定式化である。 そこでマサネス、ガレー、ミュラーは、一見些細な仮定に基づいて、この法則の定式化を作り直しました。
まず、彼らは量子状態が大きさと方向の尺度に従って記述されることを指摘しました。
次に、これらの状態が、単位性と呼ばれるものに従って記述される方法を示しました。 この専門用語は、プロセスの始点と終点を結ぶ情報のことを指します。 (乱暴な例えをすれば、私たちはバーからどうやって家に帰ったのかわからないかもしれませんが、そこに到達した方法は帰りのルートも記述しています。)
次に、複雑な量子系の部品をどのようにグループ化しても、最終状態の測定には違いが出ないはずであると仮定しました。 虹を7色に分けることは、文脈に応じて選択することであり、自然は必ずしも便利な分け方にこだわらないのです。
最後に、彼らは量子状態の測定はユニークであると断言しました。 8095>
これらのシンプルな出発点から、3人は論理的にボルン則を構築していったのです。 彼らの研究は、ピアレビュー前のウェブサイトarxiv.orgで誰でも目を通すことができますが、すでに議論を巻き起こしています。
それ自体は解決策ではありません。 もしかしたら、これが彼の不正を発見する方法かもしれません。