Quantum Electrodynamics is rotten at the core
量子電磁力学はコアで腐っている
Quantum Mechanics: A Theory in Search of an Interpretation
量子力学:解釈を求める理論
3 Different Interpretations of Quantum Mechanics
量子力学の3つの異なる解釈
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Quantum Electrodynamics is rotten at the core
量子電磁力学はコアで腐っている
Quantum mechanics is the idea of the absurd.
量子力学は不条理の考えです。
Strange explanations like wave-particle duality, the uncertainty principle and the collapse of the wave function.
波動粒子の二重性、不確定性原理、波動関数の崩壊などの奇妙な説明。
Things become even stranger when we consider the quantisation of the electromagnetic field, including the polarisation of the quantum vacuum, electrons and photons interacting with their own electromagnetic fields, particles travelling back in time, the emission and reception of virtual photons, or the continuous creation and destruction of electron-positron pairs in a quantum vacuum.
量子真空の分極、電子と光子が自身の電磁場と相互作用する、時間を遡る粒子、仮想光子の放出と受信、量子真空中の電子と陽電子対の継続的な生成と破壊など、電磁場の量子化を考えると、事態はさらに奇妙になります。
Feynman summed it up as follows:
'The theory of quantum electrodynamics describes Nature as absurd from the point of view of common sense.
ファインマンはそれを次のように要約しました。
「量子電磁力学の理論は、常識の観点から自然を不条理であると説明しています。
And it fully agrees with experiment.
So I hope you can accept Nature as She is: absurd.
そしてそれは実験と完全に一致します。
ですから、自然をありのままに受け入れてほしいと思います:ばかげています。
Electrodynamics is the branch of physics that deals with the effects arising from the interaction of electric charges and currents using an extension of the classical Newtonian model.
電気力学は、古典的なニュートンモデルの拡張を使用して電荷と電流の相互作用から生じる効果を扱う物理学の一分野です。
It provides a description of electromagnetic phenomena whenever the relevant length scales and field strengths are large enough that quantum mechanical effects are negligible.
関連する長さスケールと電界強度が量子力学的効果を無視できるほど十分に大きい場合はいつでも、電磁現象の説明を提供します。
For small distances and low field strengths, such interactions are better described by quantum electrodynamics.
距離が短く電界強度が低い場合、このような相互作用は量子電磁力学によってよりよく記述されます。
In essence, it describes how light and matter interact.
本質的に、それは光と物質がどのように相互作用するかを説明しています。
Quantum electrodynamics is considered the most accurate theory in the history of science.
量子電磁力学は科学の歴史の中で最も正確な理論と考えられています。
This precision is all based on a single experimental value - the anomalous magnetic moment of the electron called the g-factor.
この精度はすべて、単一の実験値、つまりgファクターと呼ばれる電子の異常な磁気モーメントに基づいています。
In this episode, I want to examine a paper by Oliver Consa who examines the very suspicious coincidences, errors, mathematical inconsistencies and renormalisation infinities which have been swept under the rug.
このエピソードでは、敷物の下に押し流された非常に疑わしい偶然、エラー、数学的矛盾、および再正規化の無限大を調べたオリバー・コンサの論文を調べたいと思います。
Before we dive into the detail it is important to understand a little bit about the history that led up to this.
詳細に飛び込む前に、これに至るまでの歴史について少し理解することが重要です。
The Manhattan Project was a code name for the American-led effort to develop a functional atomic weapon during World War II.
マンハッタン計画は、第二次世界大戦中に機能的な核兵器を開発するためのアメリカ主導の取り組みのコードネームでした。
It had been initiated in response to fears that German scientists lead by non-other than Heisenberg had been working on a weapon using nuclear technology.
これは、ハイゼンベルグ以外の人が率いるドイツの科学者が核技術を使用した兵器に取り組んでいたという恐れに応えて開始されました。
It involved some of the leading scientific minds, as well as the U.S. military.
それは米軍と同様に主要な科学者の何人かを巻き込みました。
The dropping of the atomic bombs on Hiroshima and Nagasaki, followed by the immediate surrender of Japan, gave the scientist of the Manhattan Project an elevated status, no longer were they harmless intellectuals.
広島と長崎への原子爆弾の投下とそれに続く日本の即時降伏は、マンハッタン計画の科学者に高い地位を与えました、彼らはもはや無害な知識人ではありませんでした。
They were the powerful holders of the atomic bomb's secrets.
彼らは原爆の秘密の強力な保有者でした。
They were militarized and their knowledge became a state secret.
彼らは軍事化され、彼らの知識は国家機密になりました。
The US government created the Atomic Energy Commission and appointed Oppenheimer as its chief advisor.
米国政府は原子力委員会を設立し、オッペンハイマーをその最高顧問に任命しました。
Former members of the Manhattan Project took control of universities and research centres.
マンハッタン計画の元メンバーが大学や研究センターを支配しました。
They were allowed to invest in expensive experimental resources, like supercomputers, particle accelerators and atomic explosion tests through generous grants provided by the government.
彼らは、政府から提供された寛大な助成金を通じて、スーパーコンピューター、粒子加速器、原子爆発実験などの高価な実験リソースに投資することを許可されました。
The credibility of former members of the Manhattan Project was almost unlimited.
マンハッタン計画の元メンバーの信頼性はほぼ無制限でした。
Their hypotheses were automatically accepted with no one daring to refute the theories.
彼らの仮説は自動的に受け入れられ、誰も理論に反論することを敢えてしませんでした。
Worse, their calculations and experimental data were subject to military secrecy.
さらに悪いことに、彼らの計算と実験データは軍事機密の対象となりました。
So expensive was their equipment that it made it almost impossible for the rest of the international scientific community to perform the experiments.
彼らの機器は非常に高価だったので、他の国際的な科学界が実験を行うことはほとんど不可能でした。
Consequently, the calculations and experiments could not be reproduced independently.
その結果、計算と実験を独立して再現することはできませんでした。
Those that accepted the hypotheses were rewarded with good jobs at research centres and universities.
仮説を受け入れた人々は、研究センターや大学で良い仕事で報われました。
Any who criticized the work was rejected and ostracised.
業績を批判した人は誰でも拒否され、追放されました。
Ignoring Infinities In 1928 Dirac published the first of his papers on The Quantum Theory of the Electron.
無限大を無視する 1928年、ディラックは電子の量子論に関する最初の論文を発表しました。
In it, he had constructed a wave equation for the electron.
その中で、彼は電子の波動方程式を構築しました。
It contained an outrageous leap of imagination.
それはとんでもない想像力の飛躍を含んでいました。
Rather than it being constructed using a single number it had instead four components.
単一の数値を使用して構築されるのではなく、代わりに4つのコンポーネントがありました。
It entailed the explanation of spin as a consequence of the union of quantum mechanics and relativity.
それは量子力学と相対性理論の結合の結果としてのスピンの説明を伴いました。
Prior to this, it was known that the electron had a spin.
これ以前は、電子がスピンを持っていることが知られていました。
This was a fundamental property of the electron.
これは電子の基本的な性質でした。
In Dirac's equation, spin emerged as an inevitable property of an electron that was both a quantum particle and a relativistic one.
ディラックの方程式では、スピンは量子粒子と相対論的粒子の両方である電子の必然的な性質として現れました。
Dirac's equation also revealed that there was a counterpart to the electron, the anti-electron or positron.
ディラックの方程式はまた、電子に対応する反電子または陽電子があることを明らかにしました。
Based on the success of Dirac's equation, quantum mechanic theorists attempted to quantify the electromagnetic field by creating the quantum field theory.
ディラックの方程式の成功に基づいて、量子力学理論家は場の量子論を作成することによって電磁場を定量化しようとしました。
All attempts at this seemed to fail as calculation under this theory resulted in an infinite number.
この理論の下での計算が無限の数をもたらしたので、これに対するすべての試みは失敗したように見えました。
Their solution to this problem was to simply ignore these infinities.
この問題に対する彼らの解決策は、単にこれらの無限を無視することでした。
Dirac was horrified by this saying:
'I must say that I am very dissatisfied with the situation because this so-called good theory does involve neglecting infinities which appear in its equations, ignoring them in an arbitrary way.
ディラックはこの言葉にぞっとしました:
なぜなら、このいわゆる良い理論は、その方程式に現れる無限大を無視し、恣意的な方法でそれらを無視することを含むからです。
This is just no sensible mathematics.
これは賢明な数学ではありません。
Sensible mathematics involves disregarding a quantity when it is small - not neglecting it just because it is infinitely great and you do not want it!'
賢明な数学は、量が小さいときに量を無視することを含みます
-それが無限に偉大であり、あなたがそれを望まないという理由だけでそれを無視しないでください!」
The technique of ignoring infinities is called renormalisation.
無限大を無視する手法は、リノーマライゼーション（再正規化）と呼ばれます。
Even Feynman recognised that it is not a mathematically legitimate technique stating 'The shell game that we play is technically called 'renormalisation'.
ファインマンでさえ、「私たちがプレイするシェルゲームは技術的に「再正規化」と呼ばれる」という数学的に正当な手法ではないことを認識していました。
But no matter how clever the word, it is still what I would call a dippy process!
しかし、どんなに賢い言葉でも、それは私がディッピープロセスと呼ぶものです!
Having to resort to such hocus-pocus has prevented us from proving that the theory of quantum electrodynamics is mathematically self-consistent.
そのようなホーカスポーカスに頼らなければならないことは、量子電気力学の理論が数学的に自己一貫性があることを、証明することを妨げてきました。
It's surprising that the theory still hasn't been proved self-consistent one way or the other by now;
I suspect that renormalisation is not mathematically legitimate.'
理論がこれまでに何らかの形で自己一貫性を証明されていないのは驚くべきことです;
再正規化は数学的に正当ではないと思います。」
The web of deceit The Shelter Island Conference
欺瞞の網シェルターアイランド会議
In June of 1947, the first international physics conference after World War II was held at Shelter Island.
1947年6月、第二次世界大戦後最初の国際物理学会議がシェルター島で開催されました。
It brought together 24 physicists from the Manhattan Project.
マンハッタン計画から24人の物理学者が集まりました。
The participants were received as celebrities and it made a significant impact in the press.
参加者は有名人として迎えられ、マスコミに大きな影響を与えました。
Two important experimental measures were present.
2つの重要な実験的手段が存在した。
In the first Lamb presented an experiment that showed the 2S 1/2 and the 2P 1/2 energy levels of the hydrogen atom were not identical;
instead, they differed by about 1000MHz.
最初にラムは、水素原子の2S 1/2と2P 1/2のエネルギー準位が同一ではないことを示す実験を発表しました;
代わりに、それらは約1000MHz異なっていました。
The other experiment showed a 0.1% anomaly in the hyperfine structure of hydrogen.
他の実験では、水素の超微細構造に0.1%の異常が見られました。
Later Breit would interpret this anomaly as the anomalous magnetic moment of the electron, called the g-factor.
後にブライトはこの異常を電子の異常な磁気モーメントとして解釈しました、Gファクターと呼ばれます。
The problem was that both of these measurements contradicted the Dirac equation.
問題は、これらの測定値の両方がディラック方程式と矛盾することでした。
So the meeting participants assumed Dirac's theory of the electron must be incomplete and proposed that these effects were due to the quantisation of the electromagnetic field.
したがって、会議の参加者は、ディラックの電子理論は不完全であるに違いないと仮定し、これらの効果は電磁場の量子化によるものであると提案しました。
They also assumed that the discrepancies could be calculated using Quantum Field Theory and that the infinities of that theory could be corrected using renormalisation techniques.
彼らはまた、不一致は場の量子論を使用して計算でき、その理論の無限大は再正規化技術を使用して修正できると仮定しました。
This is the origin of Quantum Electrodynamics.
これが量子電磁力学の起源です。
Sadly Dirac was not at the conference and took a very dim view saying
悲しいことに、ディラックは会議に出席しておらず、非常にぼんやりとした見方をしました
'Renomalisation is just a stop-gap procedure.
There must be some fundamental change in our ideas, probably a change just as fundamental as the passage from Bohr's orbit theory to quantum mechanics.
When you get a number turning out to be infinite which ought to be finite, you should admit that there is something wrong with your equations, and not hope that you can get a good theory just by doctoring up that number'
「再正規化は一時的な手続きに過ぎません。
私たちの考えには根本的な変化があり、おそらくボーアの軌道理論から量子力学への移行と同じくらい根本的な変化があるはずです。
有限であるはずの数が無限であることが判明した場合、方程式に何か問題があることを認めるべきであり、その数をドクターアップするだけで良い理論が得られることを期待しないでください。」
A little while after the conference Bethe published a paper outlining an equation for the Lamb shift.
会議の少し後、ベーテはラムシフトの方程式を概説した論文を発表しました。
Here is the equation.
これが方程式です。
What is important is that the value K on the right-hand side diverges to infinity.
重要なのは、右辺の値Kが無限大に発散することです。
So Bethe decided to apply renormalisation by substituting this infinite value for the finite value of the electron's energy so K=mc^2.
そこでベーテは、この無限の値を電子のエネルギーの有限値に代入して再正規化を適用することに決めたので、K=mc^2です。
The problem is that there is no physical justification for making this change.
問題は、この変更を行うための物理的な正当性がないということです。
The only reason to use it is that the final results do yield a value that was close to the experimental value.
これを使用する唯一の理由は、最終結果が実験値に近い値を生成することです。
A few months after Bethe's paper Schwinger attempted to calculate the g-factor for the electron.
ベーテの論文から数か月後、シュウィンガーは電子のg係数を計算しようとしました。
This is his equation for g:
これはgに対する彼の方程式です:
Here alpha is what is known as the fine structure constant.
ここで、アルファは微細構造定数として知られているものです。
It is a fundamental physical constant.
これは基本的な物理定数です。
It effectively determines the size of the splitting or fine structure of the hydrogenic spectral lines.
水素スペクトル線の分割または微細構造のサイズを効果的に決定します。
It was considered to be important until Dirac's linear relativistic wave equation which gave the exact fine structure formula.
正確な微細構造式を与えるディラックの線形相対論的波動方程式までは重要であると考えられていました。
Schwinger's value seemed to be very close to the experimental value which had previously been published.
シュウィンガーの値は、以前に発表された実験値に非常に近いようでした。
He never explained how he derived his equation and stated that he would publish a paper outlining the details of his theory soon.
彼は自分の方程式をどのように導き出したかを説明することはなく、彼の理論の詳細を概説した論文をすぐに発表すると述べた。
Schwinger had assumed that the g-factor should be directly related to the fine structure constant, which has an approximate value of 0.7%.
シュウィンガーは、g係数は、近似値0.7%の微細構造定数に直接関係するはずであると仮定していました。
Dividing this value by 6 or 2pi provides an approximate value of 0.1% which is the value that had been obtained experimentally.
この値を6または2piで割ると、実験的に得られた値である0.1%の近似値が得られます。
At this point you might consider this a mere coincidence but as you will see this coincidence keeps happening and coupled with the fact that he never published any documents explaining his method sets the stage for a quite unbelievable web of deceit.
この時点で、これは単なる偶然だと思うかもしれませんが、この偶然が起こり続け、彼が彼の方法を説明する文書を決して公開しなかったという事実と相まって、非常に信じられないほどの欺瞞の網の舞台を設定します。
Schwinger's value had a significant impact on the scientific community due to its simplicity and accuracy.
シュウィンガーの値は、その単純さと正確さのために科学界に大きな影響を与えました。
Everyone waited in anticipation of Schwinger's theory.
誰もがシュウィンガーの理論を期待して待っていました。
None would ever be forthcoming.
誰も近づかないでしょう。
The following year, 1948 a second conference took place.
翌年、1948年に2回目の会議が開催されました。
It was attended by the same participants as the previous one but this time Bohr, Dirac and Fermi attended as well.
前回と同じ参加者が参加しましたが、今回はボーア、ディラック、フェルミも参加しました。
The conference was focussed on Schwinger's presentation.
会議はシュウィンガーのプレゼンテーションに焦点を当てていました。
Hopes were high that he would finally present an explanation for how he had calculated the Schwinger factor.
彼が最終的にシュウィンガー因子をどのように計算したかについての説明を提示することが期待されていました。
When Schwinger finally presented it went on for 5 hours.
シュウィンガーがついに発表したとき、それは5時間続いた。
He presented a series of complex, and totally incomprehensible equations.
彼は一連の複雑で完全に理解できない方程式を提示しました。
Oppenheimer was not impressed saying:
"others gave talks to show how to do the calculation, while Schwinger gave talks to show that only he could do it.
The following day Feynman would present his theory and would for the first time show his famous Feynman diagrams.
Most attendees did not respond positively to them but Feynman was convinced of the validity of his calculations simply because they produced the correct results.
オッペンハイマーは、がっかりした様子で次のように言いました：
「他の人は計算を行う方法を示すために講演を行い、一方で、シュウィンガーは彼だけがそれを行うことができることを示すために講演を行いました。
翌日、ファインマンは彼の理論を発表し、初めて彼の有名なファインマン図を見せました。
ほとんどの出席者は彼らに積極的に反応しませんでしたが、ファインマンは彼らが正しい結果を生み出したという理由だけで彼の計算の妥当性を確信しました。
Bethe had the following to say after the conference:
"Schwinger and Feynman, respectively presented their theories.
Their theories seemed to be totally different.
Schwinger's was closely connected to the known quantum electrodynamics, so Niels Bohr, who was in the audience, was immediately convinced this was correct.
ベーテは会議の後、次のように述べました：
「シュウィンガーとファインマンはそれぞれ彼らの理論を発表しました。
彼らの理論はまったく異なっているようでした。
シュウィンガーは既知の量子電磁力学と密接に関連していたので、聴衆の中にいたニールス・ボーアはすぐにこれが正しいと確信しました。
And then Feynman came with his completely new ideas, which among other things involved positrons going backwards in time.
そして、ファインマンは、とりわけ陽電子が時間をさかのぼることを含む彼の完全に新しいアイデアを持って来ました。
And Niels Bohr was shocked, this couldn't possibly be true, and gave Feynman a very hard time."
そしてニールス・ボーアはショックを受けました、これはおそらく真実であるはずがなく、ファインマンに非常に苦労しました。」
Feynman's recollection is very revealing:
"This meeting was very exciting, because Schwinger was going to tell how he did things and I was to explain mine.
We could talk back and forth, without going into details, but nobody there understood either of us....
I didn't have a mathematical scheme to talk about.
Actually, I discovered one mathematical expression, from which all my diagrams, rules and formulas would come out.
The only way I knew that one of my formulas worked was when I got the right results from it."
ファインマンの回想は非常に明白です:
「この会議はとてもエキサイティングでした。
なぜなら、シュウィンガーは彼がどのように物事を行ったかを話すつもりで、私は私のことを説明することになっていたからです。
詳細に立ち入ることなく、前後に話すことができましたが、そこにいる誰も私たちのどちらも理解していませんでした...。
私は話す数学的スキームを持っていませんでした。
実際、私は1つの数式を発見し、そこからすべての図、規則、式が出てきます。
私の公式の1つが機能することを知る唯一の方法は、それから正しい結果が得られたときでした。」
There were now 2 competing theories for QED and a third would enter the ring submitted by a Japanese physicist named Tomonaga.
QEDには2つの競合する理論があり、3つ目は朝永という日本の物理学者によって提出されたリングに入るでしょう。
The hunt was now on to find a way to unify these theories.
これらの理論を統一する方法を見つけるために狩りが始まりました。
The person leading this charge was English physicist Freeman Dyson.
この告発を主導したのはイギリスの物理学者フリーマン・ダイソンでした。
Dyson proposed that the Heisenberg scattering matrix could be used to calculate the electron's g-factor, transforming it into a series called the Dyson series.
ダイソンは、ハイゼンベルグ散乱行列を使用して電子のg因子を計算し、それをダイソン級数と呼ばれる系列に変換できることを提案しました。
The Dyson's series was an infinite series of powers of alpha, where the first co-efficient was precisely the Schwinger factor, and where each coefficient could be calculated by solving a certain number of Feynman diagrams.
ダイソン級数は無限のアルファ累乗級数であり、最初の係数は正確にシュウィンガー因子であり、各係数は一定数のファインマン図を解くことによって計算できた。
By basing his theory on Feynman diagrams it provided the solution others had been waiting for.
ファインマン図に基づいて彼の理論を作成することにより、他の人が待ち望んでいた解決策を提供しました。
But not all were happy with this approach.
しかし、すべての人がこのアプローチに満足しているわけではありません。
Oppenheimer felt that it was entirely the wrong path.
オッペンハイマーは、それは完全に間違った道だと感じました。
He did not believe that Schwinger and Feynman's ideas had much to do with reality.
彼は、シュウィンガーとファインマンの考えが現実とあまり関係があるとは信じていませんでした。
He felt that physics was in need of radically new ideas, and that the quantum electrodynamics of Schwinger and Feynman was just another misguided attempt to patch up old ideas with fancy mathematics.
彼は、物理学には根本的に新しいアイデアが必要であり、シュウィンガーとファインマンの量子電磁力学は、古いアイデアを派手な数学で修正するための別の誤った試みにすぎないと感じました。
Dirac too felt it was not the correct approach and stated the following:
"How then do they manage with these incorrect equations?
ディラックもそれが正しいアプローチではないと感じ、次のように述べました:
「それでは、彼らはこれらの間違った方程式をどのように管理しますか?
These equations lead to infinities when one tries to solve them; these infinities ought not to be there.
They remove them artificially...
Just because the results happen to be in agreement with observations does not prove that one's theory is correct"
これらの方程式は、それらを解こうとすると無限大につながります。これらの無限はそこにあるべきではありません。
彼らは人工的にそれらを取り除きます...
結果がたまたま観察と一致したからといって、自分の理論が正しいことを証明することはできません。」
Fermi was also appalled by the theory.
フェルミもその理論に愕然としました。
His comment was as follows:
"There are two ways of doing calculations in theoretical physics.
One way and this is the way I prefer, is to have a clear physical picture of the process you are calculating.
The other way is to have a precise self-consistent formalism.
You have neither."
彼のコメントは次のとおりです:
「理論物理学で計算を行うには2つの方法があります。
1つの方法とこれは私が好む方法ですが、計算しているプロセスの明確な物理的画像を持つことです。
もう一つは、正確な自己一貫性のある形式主義を持つことです。
あなたはどちらも持っていません。」
Feynman's response to these critics is well known:
"Shut up and Calculate!"
The following year a third conference was held with the same participants.
Feynman stole the show as with his immense charisma.
He presented Dyson's theory as the definitive formalisation of the QED theory.
From that point on, Feynman's diagrams became a popular tool among American physicists, and Feynman took over as the leader of this new generation of scientists.
これらの批評家に対するファインマンの反応はよく知られています:
「黙って計算しなさい!」
翌年、同じ参加者で3回目の会議が開催されました。
ファインマンは彼の計り知れないカリスマ性と同様にショーを盗んだ。
彼はダイソンの理論をQED理論の決定的な形式化として提示した。
その時点から、ファインマンの図はアメリカの物理学者の間で人気のあるツールになり、ファインマンはこの新世代の科学者のリーダーを引き継ぎました。
Further research would result in the formulation of Quantum Chromodynamics, the electroweak theory and the Standard model of particle physics.
さらなる研究は、量子色力学、電弱理論、素粒子物理学の標準模型の定式化をもたらすでしょう。
But these all rely heavily on the use of Feynman diagrams.
しかし、これらはすべてファインマン図の使用に大きく依存しています。
These are only valid when the coupling constant has a very low value.
これらは、結合定数の値が非常に低い場合にのみ有効です。
If alpha is greater than one, the Dyson series diverges.
アルファが1より大きい場合、ダイソン級数は発散します。
In the case of fermions, the coupling constant is greater than one.
フェルミ粒子の場合、結合定数は1より大きい。
This means that it is not mathematically legitimate to use Feynman diagrams for the calculations.
これは、計算にファインマン図を使用することは数学的に正当ではないことを意味します。
In 1951 Feynman himself warned of this problem and actually said:
"Don't believe any calculation in meson theory that uses a Feynman diagram"
1951年、ファインマン自身がこの問題について警告し、実際に次のように述べています:
「ファインマン図を使用する中間子理論の計算を信じないでください」
In 1949, Gardner and Purcell obtained a new experimental result for the g factor of 1.001146.
1949年、ガードナーとパーセルはg係数1.001146の新しい実験結果を得ました。
This now meant that the Schwinger factor was no longer considered accurate.
これは、シュウィンガー因子がもはや正確とは見なされないことを意味しました。
This was Feynman's opportunity to push Dyson's theory.
これは、ファインマンがダイソンの理論を推し進める機会でした。
A year later, Karplus and Kroll completed the complex calculations and published a value of -2.973 for the second coefficient in the Dyson series.
1年後、カープラスとクロールは複雑な計算を完了し、ダイソンシリーズの2番目の係数に-2.973の値を発表しました。
For the second time, the new theoretical value was in good agreement with the new experimental value.
2回目は、新しい理論値が新しい実験値とよく一致しました。
QED had triumphed.
QEDは勝利を収めました。
Feynman's prestige dramatically increased.
ファインマンの名声は劇的に高まりました。
Cracks start to appear.
亀裂が現れ始めます。
In 1952 Dyson published a paper titled 'Divergence of Perturbation Theory in Quantum Electrodynamics'.
1952年、ダイソンは「量子電磁力学における摂動理論の発散」というタイトルの論文を発表しました。
This paper outlined that all the power series expansions currently in use in quantum electrodynamics are divergent after renormalisation of mass and charge.
この論文は、量子電磁力学で現在使用されているすべてのべき級数展開が、質量と電荷の再正規化後に発散することを概説しました。
Dyson the creator of the theory that seemingly fixed the problems in QED was calling into question the nature of the physical concepts upon which the theory was built.
QEDの問題を解決したように見える理論の作成者であるダイソンは、理論が構築された物理的概念の性質に疑問を投げかけていました。
This was a massive blow to Dyson and caused him to move back to England and abandoned this line of research in favour of examining other areas in physics.
これはダイソンにとって大きな打撃であり、彼はイギリスに戻り、物理学の他の分野を調べるためにこの一連の研究を放棄しました。
Strangely no one seemed to pay any attention to Dyson's paper and QED's credibility was unscathed.
不思議なことに、誰もダイソンの論文に注意を払っていないようで、QEDの信頼性は無傷でした。
In 1956, Franken and Liebes conducted experiments which provided a very different g-factor value.
1956年、フランケンとリーベスは、非常に異なるgファクター値を提供する実験を行いました。
This time 1.001165.
今回は1.001165。
This time higher that the Schwinger factor.
今回はシュウィンガー因子よりも高い。
This meant the second coefficient which had been calculated by Kroll and Karplus actually made the theoretical value worse.
これは、クロールとカープラスによって計算された2番目の係数が実際に理論値を悪化させたことを意味しました。
Based on the new experimental data this second coefficient should be +0.7 instead of -2.973.
新しい実験データに基づくと、この2番目の係数は-2.973ではなく+0.7になるはずです。
This difference was huge and raised the question of why Kroll and Karpuls' value had provided the exact expected experimental value when that value now turned out to be incorrect.
この差は非常に大きく、クロールとカーパルスの値が正確に期待される実験値を提供したのに、その値が間違っていることが判明した理由という疑問を提起しました。
It becomes evident that the QED calculations had been engineered to match the experimental data.
QED計算が実験データと一致するように設計されていたことが明らかになります。
Karplus and Kroll confessed that they had not independently reached the same result;
instead reaching a consensus result and admitted that, it was possible that there were errors in the calculations.
カープラスとクロールは、独立して同じ結果に到達したわけではないと告白した;
コンセンサス結果に達し、それを認めた代わりに、計算に誤りがあった可能性がある。
Feynman would later claim that it was merely a mistake in arithmetic and once the mistake was found all was once more in agreement.
ファインマンは後に、それは単に算術の間違いであり、間違いが見つかると、すべてが再び同意したと主張しました。
Seven years after Kroll and Karplus first published their paper Petermann detected another error in their calculation.
クロールとカープラスが最初に論文を発表してから7年後、ピーターマンは計算に別のエラーを検出しました。
When he then corrected this mistake he obtained a result of -0.328 which was almost ten times smaller than the original value.
その後、この間違いを修正したところ、元の値のほぼ10分の1である-0.328の結果が得られました。
In 1953 a new type of experiment was proposed to calculate the magnetic moment of the electron directly from the precession of the free electron spin.
1953年に、自由電子スピンの歳差運動から直接電子の磁気モーメントを計算する新しいタイプの実験が提案されました。
In 1961 based on this method Schupp, Pidd and Crane carried out the experiment and obtained a new value of 1.0011609.
1961年にこの方法に基づいてSchupp、Pidd、Craneが実験を行い、1.0011609の新しい値を取得しました。
This method should have provided a much more precise measurement but the authors were very cautious and used a large margin of error.
この方法ははるかに正確な測定を提供するはずでしたが、著者は非常に慎重であり、大きな誤差範囲を使用しました。
The estimated systematic standard error was 0.000 000 4.
推定系統標準誤差は0.000 000 4でした。
If they had used this error it would have meant Petermann's theoretical value was outside the margin of error, creating a new crisis for QED.
もし彼らがこのエラーを使っていたら、それはピーターマンの理論値が誤差の範囲外であり、QEDに新たな危機を引き起こしたことを意味していたでしょう。
They conducted a series of runs for different electron energies.
彼らはさまざまな電子エネルギーに対して一連の実行を行いました。
The weighted average of this is 0.0011627 +/- 0.000 002 0.
この加重平均は 0.0011627 +/- 0.000 002 0 です。
This also falls outside of Peterman's theoretical value.
これもピーターマンの理論値の範囲外です。
So how did they come up with their single value?
では、彼らはどのようにして単一の価値を思いついたのでしょうか?
They felt they needed to recognise the trend of the points.
彼らはポイントの傾向を認識する必要があると感じました。
So the way they were able to obtain a value that still aligned with Peterman's one is by taking this single value, adding the error from that to the averaged error to obtain a final value of 0.0011627 +/- 0.000,002 4.
したがって、Petermanの値と一致する値を取得する方法は、この単一の値を取得し、そこからの誤差を平均誤差に追加して、0.0011627 +/- 0.000,002 4の最終値を取得することです。
Two years later in 1963 Wilkinson and Crane published an improved version of the experiment.
2年後の1963年、ウィルキンソンとクレーンは実験の改良版を発表しました。
This time the value was 1.001159622 +/- ± 0.000, 000, 027.
今回の値は 1.001159622 +/- ± 0.000, 000, 027 でした。
Nearly the same as Petermann's theoretical value.
ペーターマンの理論値とほぼ同じです。
This experiment was conducted at the same university, with the same team.
この実験は、同じ大学で同じチームで行われました。
This makes it very strange that all the measurements from the previous experiment were outside the range of the new experimental value.
これは、前の実験からのすべての測定値が新しい実験値の範囲外であったことを非常に奇妙にします。
It also fits perfectly with the theoretical value.
また、理論値にも完全に適合します。
The most disturbing aspect is that the value is not correct as was demonstrated in later experiments.
最も厄介な側面は、後の実験で実証されたように、この値が正しくないことです。
In 1965, Drell and Pagels published the first calculation of the third coefficient of the Dyson series.
1965年、ドレルとパゲルズはダイソン級数の3番目の係数の最初の計算を発表しました。
This required solving 72 Feynman diagrams.
これには、72のファインマン図を解く必要がありました。
The result was 0.15 and resulted in a slight change to the value of the electron g-factor.
結果は0.15で、電子g因子の値にわずかな変化をもたらしました。
Based on this all doubts about QED were cleared Feynman, Schwinger and Tomonaga were awarded the Nobel prize in physics.
これに基づいて、QEDに関するすべての疑問が解消され、ファインマン、シュウィンガー、朝永がノーベル物理学賞を受賞しました。
In 1968 Rich reevaluated the Wilkinson experiment and obtained a different result.
1968年、リッチはウィルキンソン実験を再評価し、異なる結果を得た。
Other researchers would find further errors in the experiment.
他の研究者は、実験でさらなるエラーを見つけるでしょう。
Two years later Rich and Wesley repeated the experiment, fixing the detected ambiguities and obtaining results higher than the previous one.
2年後、リッチとウェズリーは実験を繰り返し、検出されたあいまいさを修正し、前のものよりも高い結果を得ました。
That same year Brodsky & Drell recalculated the third coefficient and obtained a different value, 3 times higher than the previous one.
その同じ年、Brodsky & Drellは3番目の係数を再計算し、前の値の3倍の異なる値を取得しました。
Conveniently the new coefficient and the new experimental value were once more in agreement.
都合の良いことに、新しい係数と新しい実験値は再び一致しました。
Brodsky and Drell summarised the situation as follows:
"Quantum electrodynamics has never been more successful in its confrontation with experiment...
However, and despite its phenomenal success, the fundamental problems of renormalisation in local field theory and the nature of the exact solutions of quantum electrodynamics are still to be resolved.
ブロドスキーとドレルは状況を次のように要約した:
「量子電磁力学は、実験との対決においてかつてないほど成功しています...
しかし、その驚異的な成功にもかかわらず、局所場の理論における再正規化の根本的な問題と量子電磁力学の厳密解の性質はまだ解決されていません。
From this point onwards all the mathematical calculations required to obtain the coefficients of the Dyson series would be performed by computer.
この時点から、ダイソン級数の係数を取得するために必要なすべての数学的計算はコンピュータによって実行されます。
No source code for these calculations has ever been published making it impossible to reproduce any calculations independently.
これらの計算のソースコードは公開されていないため、計算を個別に再現することは不可能です。
In 1971 Levine & Wright recalculated the third coefficient and once more it was three times higher than the previous one.
1971年にLevine & Wrightは3番目の係数を再計算し、もう一度前の係数の3倍になりました。
That same year Wesley and Rich published their final results for their experiment as the previous results had apparently only been preliminary.
その同じ年、ウェズリーとリッチは、以前の結果が明らかに予備的なものにすぎなかったため、実験の最終結果を発表しました。
Their final results were slightly higher than the previous one.
彼らの最終結果は前のものよりわずかに高かった。
By another striking coincidence, this new coefficient and the new results once more seemed to match up.
別の驚くべき偶然によって、この新しい係数と新しい結果は再び一致するように見えました。
A few months later Kinoshita & Cvitanovic published a new calculation for the third coefficient.
数ヵ月後、木下&Cvitanovicは3番目の係数の新しい計算を発表した。
They claimed it was five times more accurate than Levine & Wrights's previous one.
彼らは、それがレバイン&ライトの以前のものより5倍正確であると主張しました。
This time it was slightly lower and made the agreement with the experimental value slightly worse.
今回はやや低く、実験値との一致がやや悪かった。
In 1977 Van Dyck and Dehmelt used a new technique to obtain a new experimental value.
1977年、ヴァン・ダイクとデーメルトは新しい実験値を得るために新しい技術を用いた。
Once more the experimental results did not match the theory.
もう一度、実験結果は理論と一致しませんでした。
In order to resolve this the theoretical physicists felt they needed to calculate the fourth coefficient.
これを解決するために、理論物理学者は4番目の係数を計算する必要があると感じました。
This involved solving 891 Feynman diagrams.
これには、891ファインマン図を解くことが含まれていました。
Four years later, Kinoshita & Lindquist published the first calculation of the fourth coefficient with a value of -0.8.
4年後、木下&リンドクイストは-0.8の値を持つ4番目の係数の最初の計算を発表しました。
But then in 1982 Levine published a new calculation of the third coefficient and again it was lower than the previous one.
しかし、その後1982年にLevineは3番目の係数の新しい計算を発表しましたが、これも前の計算よりも低かったです。
This once more brought the theoretical value in line with the experimental one.
これにより、理論値が実験値と一致しました。
Van Dyck and Dehmelt published two more results in 1984 and then again in 1987 and once more brought the experimental value out of line with the theoretical one.
Van DyckとDehmeltは、1984年と1987年にさらに2つの結果を発表し、実験値を理論値と一致しないようにしました。
In 1995 Kinoshita's team published a new value for the 4th coefficient almost double their previous value at -1.557.
1995年、木下氏のチームは、4番目の係数の新しい値を発表し、以前の値のほぼ2倍の-1.557を発表しました。
The following year Laport and Remiddi would publish a new value for the 3rd coefficient at +1.181.
翌年、ラポートとレミディは+1.181で3番目の係数の新しい値を公開しました。
These would once more bring the experimental results in line with the theoretical Muon's g-factor.
これらは、実験結果を理論的なミューオンのg因子と再び一致させるでしょう。
A muon is almost identical to an electron except that it seems to have a much greater mass.
ミューオンは、質量がはるかに大きいように見えることを除いて、電子とほとんど同じです。
Quantum Electrodynamics was also used to calculate the anomalous magnetic moment of the muon.
量子電磁力学は、ミューオンの異常な磁気モーメントを計算するためにも使用されました。
A muon is very unstable making high-resolution measurements very difficult.
ミューオンは非常に不安定であるため、高分解能測定は非常に困難です。
CERN made the first measurements and unfortunately, the theoretical value did not match the experimental one.
CERNは最初の測定を行いましたが、残念ながら理論値は実験値と一致しませんでした。
In order to solve this problem they decided to add in adjustment factors.
この問題を解決するために、彼らは調整係数を追加することにしました。
These factors would be taken from the Standard model of particle physics.
これらの要因は、素粒子物理学の標準モデルから取られます。
The first coefficient would be derived from the interaction of the electron with leptons, the second from the electroweak interaction and the third from the interaction of the electron with hadrons.
第1の係数は電子とレプトンとの相互作用から、第2の係数は電弱相互作用から、第3の係数は電子とハドロンとの相互作用から導かれるであろう。
These factors unsurprisingly did bring the theoretical value closer in line with the experimental.
当然のことながら、これらの要因により、理論値は実験値に近づきました。
This change unfortunately made the theoretical electron g-value worse and this created yet another discrepancy.
残念ながら、この変化は理論上の電子g値を悪化させ、これはさらに別の矛盾を生み出しました。
In 2006 Harvard improved the electron measurements even further.
2006年、ハーバードは電子測定をさらに改善しました。
In 2007 Kinoshita's team detected an error in their previous calculation of the 4th coefficient.
2007年、木下氏のチームは、前回の第4係数の計算に誤りを検出しました。
They had found an inconsistency in the old treatment of infrared subtraction terms in two diagrams.
彼らは、2つの図の赤外線減算項の古い扱いに矛盾があることを発見しました。
When they corrected for this the new value came out as -1.914.
彼らがこれを修正したとき、新しい値は-1.914として出てきました。
With these changes, the new theoretical value was once more in good agreement with the new experimental value.
これらの変更により、新しい理論値は再び新しい実験値とよく一致しました。
In 2012 Kinoshita's team published the first fifth coefficient.
2012年、木下准教授のチームは最初の第5係数を発表した。
This involved calculation based on 12,672 Feynman diagrams.
これには、12,672のファインマン図に基づく計算が含まれていました。
They also published a slightly improved value for the 4th coefficient.
彼らはまた、4番目の係数のわずかに改善された値を発表しました。
3 years later they would publish an improved value for both value.
3年後、彼らは両方の価値の改善された価値を公開するでしょう。
Then in 2018 they once more detected an error in their previous calculations of the 5th coefficient.
その後、2018年に、彼らは以前の5番目の係数の計算でエラーをもう一度検出しました。
All the while these corrections were ongoing the muon g-factor experimental results refused to come into line with the theoretical predictions.
これらの補正が進行中である間ずっと、ミューオンg因子の実験結果は理論的予測と一致することを拒否した。
These persist even today.
これらは今日でも続いています。
According to Feynman "We have found nothing wrong with the theory of quantum electrodynamics.
It is, therefore, the jewel of physics;
our proudest possession"
ファインマンによれば、
「量子電磁力学の理論には何の問題も見つかりませんでした。
したがって、それは物理学の宝石です;
自慢の所有物"
But maybe the sentiment is better portrayed by Dyson who wrote in 2006 "As one of the inventors of QED, I remember that we thought of QED in 1949 as a temporary and jerry-built structure, with mathematical inconsistencies and renormalised infinities swept under the rug.
しかし、おそらくその感情は、2006年に書いたダイソンによってよりよく描かれています 「QEDの発明者の一人として、1949年にQEDを一時的なジェリービルドの構造と考え、数学的な矛盾と再正規化された無限大が敷物の下に押し流されたことを覚えています。
We did not expect it to last more than 10 years before some more solidly built theory would replace it.
Now, 57 years have gone by and that ramshackle structure still stands."
よりしっかりと構築された理論がそれに取って代わる前に、それが10年以上続くとは思っていませんでした。
57年が経ちましたが、その厄介な構造はまだ残っています。」
It is important to understand that all calculations performed in QED always result in an infinite value.
QEDで実行されるすべての計算は常に無限の値になることを理解することが重要です。
Renormalisation techniques have to be used to convert this into a finite number.
これを有限数に変換するには、再正規化手法を使用する必要があります。
These techniques are not valid mathematically.
これらの手法は数学的に有効ではありません。
Despite this, they are used to provide results that fit perfectly with the experimental results.
それにもかかわらず、それらは実験結果に完全に適合する結果を提供するために使用されます。
It should not come as a surprise that errors continue to appear in the calculations.
計算にエラーが表示され続けるのは当然のことです。
Each Feynman diagram implies the resolution of multiple factors, and each of these diverges to infinity.
各ファインマン図は複数の因子の分解能を意味し、これらのそれぞれは無限に発散します。
So renormalisation techniques are arbitrarily used to eliminate these.
したがって、これらを排除するために再正規化手法が任意に使用されます。
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Quantum Mechanics: A Theory in Search of an Interpretation
量子力学:解釈を求める理論
Quantum theory consists of a mathematical formalism together with a vast amount of information concerning how to apply that formalism to electrons, atoms, radiation, field, etc.
量子論は、数学的形式主義と、その形式を電子、原子、放射線、場などに適用する方法に関する膨大な量の情報で構成されています。
As an instrument for predicting the results of experiments, it is enormously successful.
実験の結果を予測するための手段として、それは非常に成功しています。
However, despite this, it says little if anything about the electrons, and such that produce the results.
しかし、それにもかかわらず、結果を生み出す電子などについてはほとんど語っていません。
From its inception, it has been a theory in search of an interpretation.
当初から、それは解釈を求める理論でした。
In order to understand where the ideas of the Quantum world came from it is important to understand the strange discoveries and see the connection between photons and matter.
量子世界のアイデアがどこから来たのかを理解するには、奇妙な発見を理解し、光子と物質の関係を理解することが重要です。
In 1859 Gustav Kirchoff proved that the energy emitted from a blackbody depends only on the temperature and the frequency of the emitted energy.
1859 年、グスタフ キルヒョフは、黒体から放出されるエネルギーが放出されるエネルギーの温度と周波数のみに依存することを証明しました。
He wrote the formula as follows, where E is the energy, T is the temperature and v the
frequency of the emitted energy.
彼は式を次のように書きました、ここで、E はエネルギー、T は温度、v は放出されるエネルギーの周波数。
He then challenged physicists to find the function J.
その後、彼は物理学者に関数 J を見つけるように要求しました。
Twenty years later Josef Stefan performed a number of experiments and based on these he proposed that the total energy emitted by a hot body was proportional to the fourth power of the temperature.
20年後、ジョセフ・ステファンは多くの実験を行い、これらに基づいて、熱い物体から放出される総エネルギーは温度の4乗に比例することを提案しました。
Five years later and totally independently Ludwig Boltzmann would reach the same conclusion using thermodynamics and Maxwell's electromagnetic theory.
5 年後、ルートヴィヒ・ボルツマンは完全に独立して、熱力学とマクスウェルの電磁理論を使用して同じ結論に達しました。
Today we know the results of these two ideas as the Stefan-Boltzmann law.
今日、私たちはこれら 2 つのアイデアの結果を Stefan-Boltzmann の法則として知っています。
The problem is that it does not fully answer Kirchoff's challenge as it does not address specific wavelengths.
問題は、特定の波長に対応していないため、Kirchoff の課題に完全には答えていないことです。
In 1896 Wilhelm Wien proposed a solution to Kirchoff's challenge.
1896 年、ヴィルヘルム ウィーンはキルヒョフの挑戦に対する解決策を提案しました。
His experimental results would show that for small values of the wavelength it matched extremely well but for anything, in the far infrared it did not.
彼の実験結果は、波長の値が小さい場合は非常によく一致したが、遠赤外線では一致しなかったことを示しています。
When Max Planck saw the experimental results he made the outrageous guess that the total energy was made up of indistinguishable energy elements, or quanta of energy.
マックス・プランクが実験結果を見たとき、彼は総エネルギーが見分けがつかないエネルギー要素、またはエネルギーの量子で構成されているというとんでもない推測をしました。
He was not entirely happy with this guess.
彼はこの推測に完全には満足していませんでした。
Not for the first time theory had now deviated from experiment and was based on a hypothesis with no experimental basis.
理論が実験から逸脱し、実験的根拠のない仮説に基づいたのは初めてではありません。
In 1905 Einstein proposed a quantum theory of light based on experiments of the photoelectric effect.
1905 年にアインシュタインは、光電効果の実験に基づく光の量子論を提案しました。
The experimental results disagree with classical electromagnetism, which predicts that continuous light waves transfer energy to electrons, which would then be emitted when they accumulate enough energy.
実験結果は古典的な電磁気学と一致しません、これは、連続光波がエネルギーを電子に伝達し、電子が十分なエネルギーを蓄積すると電子が放出されることを予測しています。
If there was a subsequent change in the intensity of the light there should theoretically be a change in the kinetic energy of the emitted electrons.
光の強度にその後の変化があった場合、理論的には、放出された電子の運動エネルギーに変化があるはずです。
If the light source was sufficiently dim it should cause a delay in emission.
光源が十分に薄暗い場合、発光が遅れるはずです。
The experiments showed that electrons are dislodged only when the light exceeds a certain frequency, regardless of the light's intensity or duration of exposure.
実験では、光の強度や曝露時間に関係なく、光が特定の周波数を超えた場合にのみ電子が放出されることが示されました。
This demonstrated that light could not be treated as a simple wave but instead a swarm of discrete packets known as photons.
これは、光を単純な波として扱うことができず、代わりに、フォトンとして知られる個別のパケットの群れとして扱える事を示しました。
Einstein realised that the energy changes occur in a quantum material oscillator in jumps which are multiples of hv where h is Planck's reduced constant and v is the frequency.
アインシュタインは、量子物質振動子でエネルギー変化が hv の倍数であるジャンプで発生することを認識しました、ここで、h はプランクの換算定数で、v は周波数です。
In 1913, Niels Bohr proposed a new model of the atom and would explain the spectral lines of hydrogen using the idea of quantisation.
1913 年、ニールス ボーアは原子の新しいモデルを提案し、量子化のアイデアを使用して水素のスペクトル線を説明しました。
In his model, the hydrogen atom is pictured as a heavy positively charged nucleus orbited by a light, negatively charged electron.
彼のモデルでは、水素原子は、軽い負に帯電した電子が軌道を回る重い正に帯電した原子核として描かれています。
The electrons are only able to exist at specific locations or orbits determined by their angular momentum which is restricted to be an integer multiple of the reduced Planck constant.
電子は、減らされたプランク定数の整数倍に制限される角運動量によって決定される特定の位置または軌道にのみ存在することができます。
Emission lines would be explained by the transition of electrons between orbits.
輝線は、軌道間の電子の遷移によって説明されます。
Based on Bohr's model and Planck's quantum theory it allowed for the calculation of the electron's magnetic moment.
ボーアのモデルとプランクの量子論に基づいて、電子の磁気モーメントの計算が可能になりました。
The problem was that these theories were not derived from first principle and there was no justification for why quantisation would occur in the first place.
問題は、これらの理論が第一原理から導き出されたものではなく、そもそもなぜ量子化が起こるのかについての正当化がなかったということでした。
In 1923 Louis de Broglie put forward a theory which would allow particles to exhibit wave characteristics and waves to exhibit particle characteristics.
1923 年にルイ・ド・ブロイは、粒子が波動特性を示し、波動が粒子特性を示すことを可能にする理論を提唱しました。
It was derived from Special Relativity and based on a single particle.
これは、特殊相対性理論から導き出され、そして、単一の粒子に基づいています。
Two years later in 1925, Werner Heisenberg presented a treatment of electron behaviour based on discussing only 'observable' quantities, meaning the frequencies of light that atoms absorb and emit.
ハイゼンベルグは、原子が吸収および放出する光の周波数を意味する「観測可能な」量のみを議論することに基づいて、電子の振る舞いの扱いを提示しました。
Based on this Max Born made the leap that the classical variables of position and momentum would instead be represented by matrices.
これに基づいて、Max Born は、位置と運動量の古典的な変数が代わりに行列で表されるという飛躍を遂げました。
Erwin Schrodinger presented an equation that treated the electron as a wave, and Born discovered that the way to successfully interpret the wave function that appeared in the Schrodinger equation was as a tool for calculating probabilities.
エルヴィン・シュレディンガーは電子を波として扱う方程式を提示し、ボルンはシュレディンガー方程式に現れる波動関数をうまく解釈する方法が確率を計算するツールであることを発見した。
In 1927 Heisenberg formulated an early version of the uncertainty principle.
1927 年、ハイゼンベルクは不確定性原理の初期バージョンを策定しました。
He created this by analysing a thought experiment where an attempt is made to measure an electron's position and momentum simultaneously.
彼は、電子の位置と運動量を同時に測定しようとする思考実験を分析して、これを作成しました。
At this point, no definition was given about what the uncertainty actually meant in the measurement.
この時点では、測定における不確実性が実際に何を意味するかについての定義はありませんでした。
That same year Paul Dirac made an incredible leap in unifying quantum mechanics with special relativity by proposing the Dirac equation for the electron.
その同じ年、ポール・ディラックは、電子のディラック方程式を提案することにより、量子力学と特殊相対論を統合するという驚くべき飛躍を遂げました。
It achieved the relativistic description of the wave function of an electron that Schrodinger failed to obtain.
シュレディンガーが得られなかった電子の波動関数の相対論的記述を達成した。
It also predicted electron spin and the existence of antimatter or more specifically the anti-electron or positron.
また、電子スピンと反物質、より具体的には反電子または陽電子の存在も予測しました。
Heisenberg had been an assistant to Niels Bohr at his institute in Copenhagen, where they helped formulate the theory of quantum mechanics.
ハイゼンベルクは、コペンハーゲンにある彼の研究所でニールス ボーアの助手を務め、そこで量子力学の理論の定式化を支援しました。
At the 1927 Solvay Conference, a dual talk by Max Born and Heisenberg declared "We consider quantum mechanics to a closed theory, whose fundamental physical and mathematical assumptions are no longer susceptible of any modification!"
1927 年のソルベイ会議で、マックス ボルンとハイゼンベルグの二重の講演で、「量子力学を閉じた理論と見なし、その基本的な物理的および数学的仮定は、もはや変更の影響を受けない!」と宣言しました。
In 1929, Heisenberg gave a series of invited lectures at the University of Chicago explaining the new field of quantum mechanics.
1929 年、ハイゼンベルクはシカゴ大学で一連の招待講演を行い、量子力学の新しい分野について説明しました。
These served as the basis for his book 'The Physical Principles of Quantum Theory'.
これらは、彼の著書「量子論の物理原理」の基礎となりました。
This would be published the following year in 1930.
これは翌年の1930年に出版されます。
In the preface Heisenberg wrote the following:
"On the whole, the book contains nothing that is not to be found in previous publications, particularly in the investigations of Bohr.
序文で、ハイゼンベルクは次のように書いています：
「全体として、この本には以前の出版物、特にボーアの調査に見られないものは何も含まれていません。
The purpose of the book seems to me to be fulfilled if it contributes somewhat to the diffusion of that 'Kopenhagener Geist der Quantentheorie' if I may so express myself,
which has directed the entire development of modern atomic physics."
この本の目的は、その「コペンハーゲンの精神論」の普及に多少なりとも貢献できれば、達成されたように思えます。
それは現代の原子物理学の発展全体を導いてきました。」
The irony is that this implies something more than just a spirit and the fact is that the writings of Bohr and Heisenberg contradict each other on several important issues.
皮肉なことに、これは単なる精神以上のものを暗示しており、ボーアとハイゼンベルクの著作はいくつかの重要な問題で互いに矛盾しているというのが事実です。
Bohr and Heisenberg never totally agreed on how to understand the mathematical formalism of quantum mechanics, and Bohr distanced himself from what he considered Heisenberg's more subjective interpretation.
ボーアとハイゼンベルグは、量子力学の数学的形式を理解する方法について完全に合意したことはなく、ボーアは、ハイゼンベルグのより主観的な解釈と彼が考えるものから距離を置いた。
Bohr offered an interpretation that is independent of a subjective observer, or measurement, or collapse.
ボーアは、主観的な観察者、測定、または崩壊から独立した解釈を提供しました。
Instead, an irreversible process caused the decay of quantum coherence which imparts the classical behaviour of observation or measurement.
代わりに、不可逆的なプロセスが量子コヒーレンスの減衰を引き起こし、これが観測または測定の古典的な振る舞いを伝えます。
Bohr also disagreed on wave-particle duality.
ボーアは、波動と粒子の二重性についても意見を異にしました。
He felt that the type of experiment and its setup would determine whether the result was a particle view or a wave view.
彼は、実験の種類とそのセットアップによって、結果が粒子ビューか波ビューかが決まると感じました。
Heisenberg thought that every mathematical formation was capable of both wave and particle interpretations.
ハイゼンベルグは、すべての数学的形成は波動と粒子の両方の解釈が可能であると考えていました。
There is no uniquely definitive statement of the Copenhagen interpretation.
コペンハーゲン解釈の一意に決定的な声明はありません。
The term encompasses the views developed by a number of scientists and philosophers during the second quarter of the 20th century.
この用語は、20 世紀の第 2 四半期に多くの科学者や哲学者によって展開された見解を網羅しています。
It contains a set of rules of thumb for relating the elements of theory to what can be observed in the laboratory.
これには、理論の要素を実験室で観察できるものに関連付けるための一連の経験則が含まれています。
Some of the high-level principles can be described as follows:
高レベルの原則のいくつかは、次のように説明できます：
1.
Quantum mechanics is intrinsically indeterministic．
量子力学は本質的に非決定論的です。
2.
The correspondence principle.
This states that the behaviour of systems reproduces classical physics in the limit of large quantum numbers.
So for large orbits and for large energies, quantum calculations must agree with classical calculations.
対応の原則。
これは、システムの動作が、大きな量子数の極限で古典物理学を再現することを示しています。
そのため、軌道が大きく、エネルギーが大きい場合、量子計算は古典計算と一致する必要があります。
3.
The Born rule.
In its simplest form, it states that the probability density of finding a system in a given state, when measured, is proportional to the square of the amplitude of the system's wave function at that state.
The wave function is not directly observable; however, it gives the probability that, when a measurement is made, you will find the system in a particular state.
These systems can be elementary particles such as electrons, protons, atoms or even larger molecules.
Upon measurement, the wave function and its probabilities collapse to the measured value.
生まれのルール。
最も単純な形式では、特定の状態でシステムを検出する確率密度は、測定すると、その状態でのシステムの波動関数の振幅の 2 乗に比例すると述べています。
波動関数は直接観測できません。 ただし、測定が行われると、システムが特定の状態にあることがわかる可能性があります。
これらのシステムは、電子、陽子、原子、さらにはより大きな分子などの素粒子である場合があります。
測定すると、波動関数とその確率は測定値に崩壊します。
4.
The collapse of the wave function.
In the act of measurement, the wave function of a system can change suddenly and discontinuously.
Prior to the measurement, the wave function includes the probabilities for the different potential outcomes of that measurement.
Once the measurement is made, no traces of the other remain.
波動関数の崩壊。
測定中に、システムの波動関数が突然不連続に変化することがあります。
測定の前に、波動関数には、その測定のさまざまな潜在的な結果の確率が含まれます。
測定が行われると、もう一方の痕跡は残りません。
5.
There is no reality aside from the calculation of probabilities.
There is no underlying deterministic later; there is no hidden machinery that registers what will be measured before the measurement is taken.
確率の計算以外に現実はありません。
後で根底にある決定論はありません；
測定が行われる前に測定対象を登録する隠れた機械はありません。
These probabilities do not reflect our lack of knowledge, as in classical statistical physics, because there is nothing to have knowledge about.
これらの確率は、古典的な統計物理学のように知識の欠如を反映していません、知識を持つものは何もないからです。
There is only probability.
What the Copenhagen interpretation says is vague, obscure, and maybe even inconsistent.
あるのは確率だけです。
コペンハーゲンの解釈が言っていることは、あいまいで、おぼろげで、おそらく矛盾している。
Nevertheless, it became the orthodox interpretation and has been taught to generations of physicists as the only correct way to think about quantum theory.
それにもかかわらず、それは正統な解釈となり、量子論を考える唯一の正しい方法として何世代にもわたる物理学者に教えられてきました。
It is vague in that it does not tell us exactly which interactions are measurements.
どの相互作用が測定値であるかを正確に教えてくれないという点で、あいまいです。
And yet its laws specify that non-measurements evolve through Schrodinger's laws and measurements a different way through the collapse.
それでも、その法則は、非測定はシュレーディンガーの法則を通じて進化し、測定は崩壊を通じて別の方法で進化することを指定しています。
The exact boundary between the quantum mechanical world and the classical is also left unspecified.
量子力学の世界と古典の世界との正確な境界も特定されていません。
It is obscure in the way that it asserts that a particle can possess a determinate velocity but no determinate position, or vice versa.
それは、粒子が決定された速度を持つことができるが、決定された位置を持たないこと、またはその逆を主張する方法であいまいです。
The relationship between measurement and determinate reality is especially obscure.
測定と決定的な現実との関係は特にあいまいです。
Why does a measurement initiate a collapse, making it determinate?
測定が崩壊を開始し、それを決定的にするのはなぜですか?
A measurement of a part of a system at one location can instantaneously change the physical situation of far-distant parts of that system.
ある場所でシステムの一部を測定すると、そのシステムの遠く離れた部分の物理的状況が瞬時に変化する可能性があります。
It is inconsistent in that on the one hand it makes assertions about the nature of quantum-mechanical reality while, on the other hand, it denies that anything can be known about that reality.
それは、一方では量子力学的現実の性質について主張している一方で、他方では、その現実について何かを知ることができることを否定しているという点で矛盾しています。
One of the statements made in the Copenhagen interpretation is that an object does not have a definite value before being measured.
コペンハーゲン解釈でなされた声明の 1 つは、オブジェクトは測定される前に明確な値を持たないということです。
Elsewhere it mentions that states are probabilistic and therefore it is only possible to talk about probabilities before measurement.
他の場所では、状態は確率論的であると述べられているため、測定前に確率についてのみ話すことができます。
This is very different from saying it has NO definitive value.
これは、決定的な価値がないということとは大きく異なります。
Let's just consider an unstable atom.
不安定な原子を考えてみましょう。
If we never observe its decay, does that mean it does not have a decay status?
その崩壊をまったく観察しない場合、それは崩壊状態を持たないことを意味しませんか?
It also says nothing about what counts as a measurement.
それはまた、測定値としてカウントされるものについても何も述べていません。
Does it have to be conscious?
それは意識しなければいけませんか？
A common assumption is that the measurement device must be outside the system.
一般に、測定デバイスはシステムの外にある必要があるという前提があります。
At first, this makes perfect sense.
最初は、これは完全に理にかなっています。
If we consider 1 particle, then we would expect to find a wave function of that one particle.
1 つの粒子を考えると、その 1 つの粒子の波動関数が見つかることが期待されます。
The wavefunction function essentially maps the energies, momenta and locations of the particle into another dimension, the axis of the wave function.
波動関数は本質的に、粒子のエネルギー、運動量、および位置を、波動関数の軸である別の次元にマッピングします。
As we increase the particles in the system this wavefunction would hold the information of these multiple particles within it.
システム内の粒子を増やすと、この波動関数はその中にこれらの複数の粒子の情報を保持します。
This essentially contains all possible configurations of a system.
これには基本的に、システムのすべての可能な構成が含まれます。
In theory, it would be possible to create a wave function that contained every single particle in the universe.
理論的には、宇宙のすべての粒子を含む波動関数を作成することは可能です。
In this case, if we wanted to measure it we would have to be outside the system, but in this case, that is the universe.
この場合、それを測定したい場合は、システムの外にいる必要がありますが、この場合、それは宇宙です。
So in order for the wavefunction of the universe to collapse someone outside the universe would have to measure the universe.
したがって、宇宙の波動関数が崩壊するためには、宇宙の外にいる誰かが宇宙を測定する必要があります。
How would you then measure the measurer in that case?
その場合、どのように測定者を測定しますか?
You would once more need someone outside that system.
そのシステムの外にいる誰かがもう一度必要になるでしょう。
This leads to an infinite regression.
これは無限回帰につながります。
Saying that what happens before we measure is not relevant as we are not measuring that is self-defeating.
測定していないので、測定前に何が起こっているかは関係ないと言う、それは自滅です。
Quantum mechanics talks about probabilities before measurement so we cannot simply ignore this.
量子力学は測定の前に確率について話すので、これを単純に無視することはできません。
The problems go deeper than this - down to a metaphysical level.
問題はこれよりも深く、形而上学的なレベルにまで及びます。
The idea that observation would create a different kind of reality than the one that existed before was something that Einstein found wholly unacceptable.
観察が以前に存在したものとは異なる種類の現実を生み出すという考えは、アインシュタインが完全に受け入れられないものであることに気づきました。
Reality somehow existed in a different way while under observation than it did in itself.
現実は、観察されている間、それ自体とは異なる方法で何らかの形で存在していました。
Is there an escape from the quantum realm?
量子領域からの脱出はありますか？
Are there alternative theories of Quantum Mechanics that approach the problem in a different way and yet still provide the same results?
別の方法で問題にアプローチし、それでも同じ結果を提供する量子力学の代替理論はありますか?
In the next part, this is exactly what we will examine.
次の部分では、まさにこれを検討します。
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3 Different Interpretations of Quantum Mechanics量子力学の3つの異なる解釈
The Copenhagen interpretation of Quantum Mechanics embraces the idea that there are no deterministic hidden variables that give rise to the probabilities of the quantum world.
量子力学のコペンハーゲン解釈は、量子世界の確率を生み出す決定論的な隠れ変数は存在しないという考えを取り入れています。
This means that it is not generally possible to predict the outcome of any measurement with certainty and that there is no deeper reality hidden beneath quantum mechanics which could predict the outcome of each measurement with certainty.
これは、どの測定結果も確実に予測することは一般的に不可能であり、各測定結果を確実に予測できる量子力学の下に隠されたより深い現実はないことを意味します。
But there are other theories that embrace determinism and that seek out these hidden variables.
しかし、決定論を取り入れ、これらの隠れた変数を探し出す他の理論があります。
In 1932 Hungarian-born polymath John von Neumann presented what he claimed to be proof that there could be no 'hidden parameters'.
1932年、ハンガリー生まれの博学者ジョン・フォン・ノイマンは、「隠されたパラメータ」が存在しないことの証明であると彼が主張するものを提示した。
The validity of his proof was questioned by Hans Reichenbach.
彼の証明の有効性は、ハンス・ライヘンバッハによって疑問視されました。
Albert Einstein argued persistently that quantum mechanics could not be a complete theory.
アルバート・アインシュタインは、量子力学は完全な理論ではあり得ないと主張しました。
His preferred argument relied on the principle of locality.
彼の好みの議論は、局所性の原則に依存していました。
He together with Boris Podolsky and Nathan Rosen proposed a thought experiment which is now referred to as the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox.
彼はボリス・ポドルスキーとネイサン・ローゼンとともに、現在アインシュタイン・ポドルスキー・ローゼンのパラドックスと呼ばれる思考実験を提案しました。
The thought experiment involved a pair of particles in an entangled state.
思考実験には、絡み合った状態の粒子のペアが含まれていました。
If the position of the first particle were measured, the result of measuring the position of the second particle could be predicted.
1 番目の粒子の位置を測定できれば、2 番目の粒子の位置を測定した結果を予測できます。
If instead the momentum of the first particle was measured, then the results of the second particle's momentum could be predicted.
代わりに、最初の粒子の運動量が測定された場合、2 番目の粒子の運動量の結果を予測できます。
They argued that no action taken on the first particle could instantaneously affect the other, since this would involve information being transmitted faster than light, which is not allowed by the theory of relativity.
彼らは、最初の粒子に対して行われたアクションは、他の粒子に即座に影響を与えることはできないと主張しました、これには、相対性理論では許可されていない光よりも速く伝達される情報が含まれるからです。
They argued that if without any way of distributing a system, we can predict with certainty the value of a psychical quantity, then there exists an element of reality corresponding to that quantity.
彼らは、システムを分散する方法がなければ、精神的な量の値を確実に予測できる場合、その量に対応する現実の要素が存在します。
From this, they inferred that the second particle must have a definitive value of both position and momentum prior to either being measured.
このことから、彼らは、測定される前に、2 番目の粒子が位置と運動量の両方の決定的な値を持っている必要があると推測しました。
This contradicts quantum mechanics where two observables are not possible.
これは、2 つの可観測量が存在しないという量子力学と矛盾します。
They postulated that these elements of reality are local in the sense that each belongs to a certain point in spacetime.
彼らは、現実のこれらの要素は、それぞれが時空の特定のポイントに属しているという意味で局所的であると仮定しました。
Bohr's response to this was that he felt their reasoning was wrong due to the fact that the measurement of position and momentum are complementary, making the choice to measure one excludes the possibility of measuring the other.
これに対するボーアの反応は、位置と運動量の測定は補完的であり、一方を測定するという選択は他方を測定する可能性を排除するという事実のために、彼らの推論は間違っていると感じた。
For Einstein, the most important problem he saw was that of non-locality.
アインシュタインにとって、彼が見た最も重要な問題は、非局所性の問題でした。
The choice of measurement done on particle A would lead to two different quantum states for particle B.
粒子 A で行われる測定の選択は、粒子 B の 2 つの異なる量子状態につながります。
He argued that, because of locality, the real state of particle B could not depend on which kind of measurement was done on A and that the quantum states therefore cannot be related with real states.
彼は、局所性のために、粒子 B の実際の状態は、A に対して行われた測定の種類に依存することができず、したがって、量子状態は実際の状態と関連付けることができないと主張しました。
In 1951 David Bohm proposed a variation on the Einstein-Podolsky-Rose thought experiment.
1951年、デービッド・ボームは、アインシュタイン・ポドルスキー・ローズの思考実験のバリエーションを提案しました。
If we take a source that emits electron-positron pairs, where the electrons go to point A and positrons to point B.
電子と陽電子のペアを放出するソースを取り上げると、電子はポイント A に移動し、陽電子はポイント B に移動します。
At point A Alice will be our observer and at point B Bob.
ポイント A ではアリスがオブザーバーになり、ポイント B ではボブになります。
If we assume the pairs are entangled.
ペアがもつれていると仮定すると。
This can be viewed as a quantum superposition of two states.
これは、2 つの状態の量子重ね合わせと見なすことができます。
In the first, the electron has its spin pointing upwards and the positron pointing downwards, in the second the electron point down and the positron point up.
1つ目は、電子のスピンが上向きで陽電子が下向きで、2つ目は電子が下向きで陽電子が上向きです。
As the particles are in a superposition of states, it is not possible without measurement to know which state of spin either particle has.
粒子は状態の重ね合わせにあるため、いずれかの粒子がどの状態のスピンを持っているかを測定せずに知ることはできません。
Let's assume that Alice now measures the spin.
アリスがスピンを測定すると仮定しましょう。
It can be either up or down.
それは、上でも下でも構いません。
If she measures an up spin this means the system collapsed into the first state.
彼女がアップスピンを測定した場合、これはシステムが最初の状態に崩壊したことを意味します。
If Bob were now to measure his spin we would be 100% confident that he would have a down spin.
ボブが自分のスピンを測定するとしたら、彼の観測がダウンスピンを見ることは 100% 確信できます。
Now it is equally possible that the spin is not up and down but instead along the X or Y axis.
スピンが上下ではなく、X 軸または Y 軸に沿っている可能性もあります。
Again here if Alice measures a +X spin Bob would subsequently measure a -X spin.
ここでも、アリスが +X スピンを測定すると、ボブは続いて -X スピンを測定します。
Whatever axis their spins are measured along, they are always found to be opposite.
それらのスピンがどの軸に沿って測定されても、それらは常に反対であることがわかります。
In quantum mechanics, the x-spin and z-spin are 'incompatible observables'.
量子力学では、x スピンと z スピンは「互換性のない観測量」です。
This means that Heisenberg's uncertainty principle applies.
これは、ハイゼンベルグの不確定性原理が適用されることを意味します。
So if Alice measures z-spin and gets an +z measurement and that now Bob defies his order and instead measures the x-spin.
したがって、アリスが z スピンを測定して +z 測定値を取得すると、今度はボブが彼の命令に逆らい、代わりに x スピンを測定します。
In this case, Bob has a 50% chance of measuring a +x value.
この場合、ボブが +x 値を測定する確率は 50% です。
Bob's positron will have a definitive spin when measured along the same axis as Alice's electron, but when measured on a different axis its spin will be uniformly random.
アリスの電子と同じ軸に沿って測定すると、ボブの陽電子は決定的なスピンを持ちますが、異なる軸で測定すると、そのスピンは一様にランダムになります。
This would seem to imply that information had propagated almost instantaneously from Alice's position to make Bob's positron assume a definitive spin.
これは、情報がアリスの位置からほぼ瞬時に伝播し、ボブの陽電子が決定的なスピンを仮定したことを意味しているように思われます。
In 1964 the Northern Irish physicist John Stewart Bell proved a seminal theorem that
many physicists today misinterpret as rendering hidden variables impossible.
1964年、北アイルランドの物理学者ジョン・スチュワート・ベルは、次の重要な定理を証明しました。
今日の多くの物理学者は、隠れ変数をレンダリングすることは不可能であると誤解しています。
He set out to investigate whether it was possible to solve the non-locality problem with hidden variables.
彼は、隠し変数を使用して非局所性の問題を解決できるかどうかの調査に着手しました。
He showed that it was possible for both paradoxes to be explained with hidden variables.
彼は、両方のパラドックスが隠れ変数で説明できることを示しました。
He showed that when Bob and Alice make measurements on that same axis or on perpendicular axes, hidden variables could account for this but when any angle was allowed, local hidden-variable theories became unable to reproduce the quantum mechanical correlations.
彼は、ボブとアリスが同じ軸または垂直軸で測定を行うと、隠れ変数がこれを説明できるが、任意の角度が許可されると、局所的な隠れ変数理論が量子力学的相関を再現できなくなることを示しました。
This is what is known as Bell's inequalities.
これは、ベルの不等式として知られているものです。
Bell then showed that quantum physics predicts correlations that violate this inequality.
次に、ベルは、量子物理学がこの不等式に違反する相関関係を予測することを示しました。
The only way hidden variables could explain the predictions would be if they were non-local.
非表示変数が予測を説明できる唯一の方法は、それらが非ローカルである場合です。
This would mean two particles were able to interact instantaneously no matter how far apart the two particles are separated.
これは、2 つの粒子がどれほど離れていても、2つの粒子が瞬時に相互作用できることを意味します。
Is there only one way of looking at Bell's Theorem?
ベルの定理を見る唯一の方法はありますか?
In the Copenhagen interpretation, the violation of Bell's inequalities is taken as grounds to reject the assumption often called counterfactual definiteness.
コペンハーゲンの解釈では、ベルの不等式の違反は、反事実的明確性と呼ばれることが多い仮定を拒否する根拠と見なされます。
This means that it is not possible to speak meaningfully of the definiteness of the results that have not been performed or in other words unperformed experiments have no results．
これは、実行されていない結果の明確性について有意義に話すことができないことを意味します、つまり、実行されていない実験には結果がありません。
There are other theories that take a very different approach.
非常に異なるアプローチを取る他の理論があります。
The Many-world interpretation．
This is also known as the Everett interpretation.
多世界解釈。
これはエベレット解釈とも呼ばれます。
Hugh Everett was an American physicist who first proposed the many-worlds interpretation of quantum physics.
ヒュー・エベレットは、量子物理学の多世界解釈を最初に提案したアメリカの物理学者でした。
Unlike the Copenhagen interpretation the wave function never collapses and it holds that all possibilities of a quantum superposition are objectively real.
コペンハーゲン解釈とは異なり、波動関数は決して崩壊せず、量子重ね合わせのすべての可能性が客観的に現実であると考えられています。
It can generate correlations that violate a Bell inequality because it violates an implicit assumption by Bell that measurements have a single outcome.
ベルの不等式に違反する相関関係が生成される可能性があります、これは、測定結果が 1 つだけであるというベルによる暗黙の仮定に違反するためです。
In Everett's view, it was our concept of reality that was at fault.
エヴェレットの見解では、誤りは私たちの現実の概念でした。
We only think that there is a single outcome from a measurement when in fact all of them occur.
実際にはすべての結果が発生している場合、測定からの結果は 1 つだけであると考えます。
We are only able to see one of those realities.
私たちはそれらの現実の1つしか見ることができません。
The others have a separate physical existence.
他のものは、別個の物理的存在を持っています。
So the entire universe can be thought of as a giant wave function within which are all the possible realities for the Universe.
したがって、宇宙全体は巨大な波動関数と考えることができ、その中に宇宙のすべての可能な現実があります。
It begins as a superposition of all possible states of all its particles.
それは、すべての粒子のすべての可能な状態の重ね合わせとして始まります。
As it then evolves, some of these superpositions break down, making certain realities distinct and isolated from one another.
その後進化するにつれて、これらの重ね合わせの一部が崩壊し、特定の現実が互いに区別され、分離されます。
So the act of measuring does not really create new realities just separates it from the rest.
したがって、測定するという行為は、新しい現実を実際に作成するのではなく、それを他のものから分離するだけです。
This theory should not be confused with the multiverse hypothesis which envisions other universes, born independently, that have always been physically disconnected from our own.
この理論は、独立して生まれた他の宇宙を想像する多元宇宙仮説と混同されるべきではありません。
The problem with this concept is that once you initiate a collapse it spawns a different reality where the opposite happened.
この概念の問題点は、いったん崩壊を開始すると、反対のことが起こった別の現実が生まれることです。
You avoid the complication of wave function collapse, but at the expense of making another universe.
波動関数の崩壊の複雑さを回避できますが、別の宇宙を作成することを犠牲にします。
In the 1970's and 80's this theory was given new life when a concept called decoherence was developed.
1970 年代と 80 年代に、デコヒーレンスと呼ばれる概念が開発されたとき、この理論に新しい命が吹き込まれました。
This would provide a clear rationale for why a quantum world would split.
これは、量子世界が分裂する理由の明確な根拠を提供します。
Using this concept, the splitting of a world is not an abrupt event.
この概念を使用すると、世界の分割は突然の出来事ではありません。
It evolves through the decoherence and is only complete when decoherence has removed all possibility of interference between worlds.
それはデコヒーレンスを通じて進化し、デコヒーレンスが世界間の干渉の可能性をすべて取り除いたときにのみ完成します。
The main scientific attraction of this concept is that it requires no changes or additions to the standard mathematical representation of quantum mechanics.
この概念の主な科学的魅力は、量子力学の標準的な数学的表現に変更や追加を必要としないことです。
There is no mysterious collapse of the wavefunction and it predicts experimental outcomes that are fully consistent with what we observe.
波動関数の不可解な崩壊はなく、観測結果と完全に一致する実験結果を予測します。
On big question is that of the interpretation of the probabilities.
大きな問題は、確率の解釈の問題です。
If all outcomes occur with 100% probability, where does that leave the probabilistic character of quantum mechanics?
すべての結果が 100% の確率で発生する場合、量子力学の確率論的性質はどこに残るのでしょうか?
Attempts to explain this come down to the idea that the quantum probabilities we see are because our consciousness is restricted to only one world.
これを説明しようとすると、私たちが見る量子確率は、私たちの意識が、1つの世界だけに制限されているためであるという考えに行き着きます。
This then raises the question of how your consciousness or selfhood works in a universe that is constantly splitting you across new universes.
これは、あなたの意識や自我が、常に新しい宇宙にあなたを分割している宇宙でどのように機能するかという問題を提起します。
So the Many-Worlds Interpretations avoid the collapse of the quantum wave.
したがって、多世界解釈は量子波の崩壊を回避します。
There is currently no experimental evidence that shows that a collapse actually occurs leaving the door open for this interpretation.
現在のところ、崩壊が実際に発生し、この解釈の扉が開かれたままであることを示す実験的証拠はありません。
Although the MWI removes the most bothersome aspect of nonlocality, action at a distance, the other aspect of quantum nonlocality, the non-separability of remote objects manifested in entanglement, is still there.
MWI は、非局所性の最も厄介な側面である距離でのアクションを取り除きますが、量子非局所性のもう 1 つの側面である、もつれによって明らかになるリモート オブジェクトの非分離性は依然として存在します。
A world is a non-local concept and this explains why we observe nonlocal correlations in a particular world.
世界は非局所的な概念であり、これが特定の世界で非局所的な相関関係を観察する理由を説明しています。
It also removes most of the quantum mechanics paradoxes, such as Schrodinger's cat.
また、シュレディンガーの猫など、量子力学のパラドックスのほとんどを取り除きます。
Strong proponents of the MWI can be found among some cosmologists (like Tipler, Aguirre and Tegmark).
MWI の強力な支持者は、一部の宇宙学者 (Tipler、Aguirre、Tegmark など) の中に見られます。
Using it as a framework for quantum cosmology allows you to discuss the whole universe and avoids the difficulty in the standard interpretation of requiring an external observer.
それを量子宇宙論の枠組みとして使用することで、宇宙全体を議論することができ、外部観測者を必要とする標準的な解釈の難しさを回避できます。
Consideration of the framework of string theory also naturally leads to the many world interpretation.
超弦理論の枠組みを考察することは、当然、多世界解釈にもつながります。
Stochastic mechanics In 1966 Edward Nelson wrote a paper and opened it with the following statement:
"We shall attempt to show in this paper that the radical departure from classical physics
produced by the introduction of quantum mechanics forty years ago was unnecessary"
確率力学 1966 年に Edward Nelson は論文を書き、次のステートメントでそれを開きました：
「私たちはこの論文で、古典物理学からの根本的な逸脱を示そうと試みます。
40年前の量子力学の導入によって生み出されたものは不要だった」
At first glance, this might seem like a very bold statement but the results of the paper are impressive.
一見すると、これは非常に大胆な声明のように思えるかもしれませんが、論文の結果は印象的です。
He derives the Schrodinger equation, by assuming that particles are subject to a rapidly fluctuating random force.
彼は、粒子が急速に変動するランダムな力を受けると仮定して、シュレディンガー方程式を導出しました。
Microscopic particles such as electrons are therefore described as executing something similar to Brownian motion.
したがって、電子などの微視的な粒子は、ブラウン運動に似た何かを実行すると説明されています。
The field has steadily grown since his first paper attracting a large community of researchers.
この分野は、彼の最初の論文が研究者の大規模なコミュニティを引き付けて以来、着実に成長しています。
Its successes include an explanation for quantized angular momentum, quantum statistics, and the famous double-slit experiment.
その成功には、量子化された角運動量、量子統計、および有名な二重スリット実験の説明が含まれます。
There are however some problems, for certain types of measurements it gives incorrect predictions and it still has an instantaneous action at a distance.
ただし、いくつかの問題があります、特定の種類の測定では、予測が正しくなく、離れた場所でも瞬時に動作します。
Pilot Wave Theory．
パイロットウェーブ理論。
This theory stems back to the very beginning.
この理論は最初に遡ります。
In 1927 de Broglie published a paper outlining his own theory called the pilot wave model.
1927 年にド・ブロイは、パイロット波モデルと呼ばれる彼自身の理論を概説する論文を発表しました。
In this model matter waves were seen as real physical objects that guided the motion of particles.
このモデルでは、物質波は、粒子の動きを導く実際の物理的物体として見られました。
This predated the Copenhagen interpretation but few took notice of it until in the 1950s when David Bohm rediscovered it and developed it further.
これはコペンハーゲン解釈よりも前から存在していましたが、1950 年代にデビッド・ボームがそれを再発見してさらに発展させるまで、ほとんど注目されませんでした。
Bohm's modification still kept Schrodinger's equation to govern the wave function but added a guiding equation that directly influences the particle's motion.
Bohm の修正では、波動関数を支配する Schrodinger の方程式が維持されましたが、粒子の運動に直接影響を与えるガイド方程式が追加されました。
This concept is capable of reproducing the behaviour of the quantum world but at the same time is able to retain realism.
この概念は、量子世界の振る舞いを再現することができますが、同時にリアリズムを保持することができます。
Rather than probability being an intrinsic part of nature as in the Copenhagen interpretation, here it is put back in its traditional place as a description of our incomplete knowledge.
コペンハーゲンの解釈のように確率は自然の本質的な部分ではなく、ここでは私たちの不完全な知識の説明として伝統的な場所に戻されます。
David Bohm has been able to produce a hidden-variable theory which up and until recently has been ignored by physicists and philosophers.
デビッド・ボームは、最近まで物理学者や哲学者に無視されてきた隠れ変数理論を生み出すことに成功しました。
This is what Bell wrote when he read Bohm's paper:
これは、ベルがボームの論文を読んだときに書いたものです：
"But in 1952 I saw the impossible done.
It was in papers by David Bohm.
Bohm showed explicitly how parameters could indeed be introduced into non-relativistic wave mechanics with the help of which the indeterministic description could be transformed into a deterministic one.
More importantly, in my opinion, the subjectivity of the orthodox version, the necessity of reference to the 'observer', could be eliminated.
Moreover, the essential idea was one that had already been advanced by de Broglie in 1927 in his 'pilot wave' picture.
But why then had Born NOT told me of this 'pilot wave'?
If only to point out what was wrong with it? ... Should it not be taught ... to show that vagueness, subjectivity, and indeterminism, are not forced on us by experimental facts, but by deliberate theoretical choice"
「しかし1952年、私は不可能が成し遂げられるのを見ました。
それはデビッド・ボームの論文にありました。
ボームは、非決定論的な記述を決定論的な記述に変換する助けを借りて、非相対論的な波動力学に実際にどのようにパラメーターを導入できるかを明示的に示しました。
さらに重要なことは、私の意見では、オーソドックスなバージョンの主観性、つまり「観察者」への言及の必要性を排除できることです。
さらに、本質的なアイデアは、ド・ブロイが 1927 年に「パイロット ウェーブ」の絵ですでに進めていたものでした。
しかし、なぜボーンはこの「パイロット ウェーブ」について私に話さなかったのでしょうか?
何が問題だったかを指摘するだけなら？ …曖昧さ、主観性、および不確定性が実験的事実によって強制されるのではなく、意図的な理論的選択によって私たちに強制されることを示すことを教えるべきではありません。」
While he didn't endorse Bohm's theory as the last word on interpreting quantum mechanics, he clearly thought it superior to the Copenhagen alternative and stated the following:
彼は、ボームの理論を量子力学の解釈に関する最後の言葉として支持していませんでしたが、コペンハーゲンの代替案よりも優れていると明確に考え、次のように述べました：
"conventional formulations of quantum theory, and of quantum field theory in particular, are unprofessionally vague and ambiguous.
Professional theoretical physicists ought to be able to do better.
Bohm has shown us a way."
「量子論、特に場の量子論の従来の定式化は、専門家らしくなく、不確かで、曖昧です。
プロの理論物理学者はもっとうまくやれるはずだ。
ボームは私たちに1つの道を示してくれました。」
Bohmian Quantum Mechanics makes the same predictions for usual quantum mechanical experiments but it is the way it accounts for the underlying mechanisms which is strikingly different.
ボーム量子力学は、通常の量子力学実験に対して同じ予測を行いますが、根本的なメカニズムを説明する方法が著しく異なります。
Electrons and other elementary particles always possess definite positions and have determinate trajectories.
電子やその他の素粒子は、常に一定の位置を持ち、決まった軌道を持っています。
The evolution of the quantum state is governed by the Schrodinger equation and the evolution of particle positions by a guidance equation.
量子状態の進化はシュレディンガー方程式によって支配され、粒子位置の進化は誘導方程式によって支配されます。
Both of which are deterministic.
どちらも決定論的です。
Quantum mechanical probabilities enter the theory by way of a postulate to the effect that particle positions are distributed in conformity with the usual quantum mechanical probabilities.
量子力学的確率は、粒子の位置が通常の量子力学的確率に従って分布しているという趣旨の仮説によって理論に入ります。
These probabilities represent the ignorance of the precise values of the quantum state and the particle positions.
これらの確率は、量子状態と粒子位置の正確な値を知らないことを表しています。
The variables that determine this exist on a lower level and in a sense are hidden.
これを決定する変数は下位レベルに存在し、ある意味では隠されています。
This level is defined by a guiding wave.
このレベルは誘導波によって定義されます。
This wave essentially pushes the particles around, in a way that makes it impossible to measure certain attributes accurately, hence the uncertainty principle.
この波は本質的に粒子を押しのけ、特定の属性を正確に測定することを不可能にするため、不確実性原理が発生します。
And by comparison to the Copenhagen interpretation, these parameters are defined before measurement.
また、コペンハーゲンの解釈と比較すると、これらのパラメーターは測定前に定義されています。
From an experimental point of view, Bohm's theory is indistinguishable from the Copenhagen interpretation.
実験的な観点からは、ボームの理論はコペンハーゲンの解釈と区別がつきません。
When Bohm was formulating the mathematics for his theory, he discovered that the pilot wave, when changed even slightly in one place, could push a particle instantly in a distant location.
ボームが理論の数学を定式化していたとき、彼は、パイロット波が 1 か所でわずかに変化しただけでも、離れた場所で粒子を瞬時に押し出すことができることを発見しました。
The beauty of Bohm's theory is that it claims that the variables have real, defined values all the time.
ボームの理論の優れた点は、変数が常に実際の定義された値を持っていると主張していることです。
No wave collapse is required as all particles possess determinate positions even when the quantum state fails to assign them determinate positions.
量子状態が決定的な位置を割り当てられない場合でも、すべての粒子が決定的な位置を持っているため、波の崩壊は必要ありません。
The main problems with this theory are that it introduces a new conceptual element the pilot wave which is unobservable.
この理論の主な問題は、観測できないパイロット波という新しい概念要素を導入することです。
It also keeps the electron as a point particle．
また、電子を点粒子として保持します。
More recently experiments conducted showed that vibrating a silicon oil bath up and down at a particular frequency can induce a droplet to bounce along the surface.
最近実施された実験では、シリコンオイルバスを特定の周波数で上下に振動させると、液滴が表面に沿って跳ね返る可能性があることが示されました。
They discovered that the droplet's path was guided by the slanted contours of the liquids surface generated from the droplet's own bounces.
彼らは、液滴の経路が、液滴自体の跳ね返りから生成された液体表面の傾斜した輪郭によって導かれることを発見しました。
A mutual wave-particle interaction which is analogous to de Broglie's and Bohm's pilot wave concept.
ド・ブロイとボームの先導波の概念に類似した相互の波と粒子の相互作用。
They then extended this experiment to examine what would happen with a single and double slit.
次に、この実験を拡張して、単一スリットと二重スリットで何が起こるかを調べました。
When the droplet bounced towards a pair of opening it would pass through only one slit but the pilot wave passed through both.
液滴が一対の開口部に向かって跳ね返るとき、それは一方のスリットのみを通過しますが、パイロット波は両方を通過します。
The experiment clearly showed that the pilot wave steered the droplets to certain places and never to locations in between.
実験は、パイロット波が液滴を特定の場所に誘導し、その間の場所には決して誘導しないことを明確に示しました。
It also showed that a disturbance of the pilot wave would destroy the interference pattern.
それはまた、パイロット波の乱れが干渉パターンを破壊することも示しました。
They also demonstrated that droplets could tunnel through barriers, orbit each other in stable 'bound states' and exhibit properties which are analogous to quantum spin and electromagnetic attraction.
彼らはまた、液滴が障壁を通り抜け、安定した「束縛状態」で互いに軌道を回り、量子スピンと電磁引力に類似した特性を示すことを実証しました。
They can annihilate with subsurface bubbles showing a similar concept to matter anti-matter annihilation.
それらは、物質の反物質消滅と同様の概念を示す地下気泡で消滅する可能性があります。
When they introduce an external force like a magnet and used a magnetic ferrofluid droplet they were able to observe the droplets adopt a discrete set of stable orbits around the magnet, each characterised by a set of energy levels and angular moment, clearly showing a quantisation effect normally associated with the quantum realm like electron orbits.
彼らが磁石のような外力を導入し、磁性磁性流体液滴を使用したとき、彼らは、液滴が磁石の周りの安定した軌道の離散セットを採用することを観察することができました、それぞれは、一連のエネルギーレベルと角モーメントによって特徴付けられ、量子化効果を明確に示しています、通常、電子軌道のような量子領域に関連付けられています。
Every bounce of the droplet causes ripples, these chaotically but deterministically influence the droplet's future bounces, guiding it.
液滴が跳ね返るたびに波紋が発生します。これらは無秩序に、しかし決定論的に液滴の将来の跳ね返りに影響を与え、それを導きます。
Many fluid dynamicists who are familiar with the new research are starting to see that there is a classical, fluid explanation of quantum mechanics.
新しい研究に精通している多くの流体力学学者は、量子力学の古典的で流動的な説明があることに気づき始めています。
Quantum physicists tend to consider the findings less significant.
量子物理学者は、この発見をそれほど重要ではないと考える傾向があります。
Could these experiments hold the key to understanding and uniting the world of the small with the world of the large?
これらの実験は、小さな世界と大きな世界を理解し、統合するための鍵を握ることができるでしょうか?
