二重スリットは超ひも理論で説明可能？

質問

量子論で「二重スリット」の問題がありますが、超ひも理論で説明可能でしょうか？

(私は文系卒で、数式などによる説明は理解できません)

一般向けの相対性理論の本、量子論の本はそれなりに理解できました。
しかし量子論で「二重スリット」がよく分かりません。
光子を一粒ずつ二重スリットに発射したとしても、結果として干渉縞が出来るというのがありますよね。
なぜ一粒ずつなのに、結果として暗部が出来る部分には干渉と同じ結果が生じるのか。
量子論の説明では多宇宙とか、右を通った光子と左を通った量子の重ね合わせ、などという説明がされていますが、実証不能なヘリクツのように思えます。

相対性理論と量子論を統合する、というふれこみの超ひも理論の本を続けて読みましたが、挫折しました。
こちらはこの2つの理論の矛盾を無理矢理合体させるための理想上のヘリクツのようにしか思えません。

しかも量子論ではっきりと答えが示されなかった二重スリットの問題も超ひも理論では触れられていませんでした。
(私の読んだ二冊の本では)

(量子論の、ある確率でしか電子の場所または速度は表せない、というあたりは別に変だとは思いません。また、相対性理論も非常に明瞭で、数式などなくとも納得しやすい理論だと感じました)

超ひも理論において、この二重スリットの問題も見事に解決されているのでしょうか？

回答No.1

buturikyou · ベストアンサー

別の実験を考えてみましょう！

１）二重スリットではなくハーフミラー(透光率50パーセント)によってフォトンの進路を互いに垂直なＡとＢの二方向に分ける

２）鏡(仮想透光率100パーセント)を使って両者の進路を一点で交わらせる、全体として正方形の実験装置ができる

３）交点において45°斜めにフィルムを置けば二重スリットと同じような干渉縞が見られ、互いに垂直なフォトン検出器を置けばＡを通ってきたかＢを通ってきたか分かる形の観測になる

４）明らかに鏡(正方形の互いの対角点に位置する)を通ってからと思われる(すなわち常識的知見では進路ＡをとったかＢをとったかは既に決定しているはずの)時刻にフォトン検出器からフィルムに変更する(論理的にはＡを通ったかＢを通ったかどちらかになるので干渉縞は消えるはず)ということをしても干渉は観測される

５）以上より、一つのフォトンがＡとＢの両方を通ったとしか考えられない！

というような不思議ですが、それは超ひも理論においても同じ事です・・。

補足

別の実験もあるのですね。
ただ、これが超ひも理論においてこの問題が解決されているわけではないですよね。

二重スリットの実験と同じく、この実験から導かれるのは「AとBの両方を通ったとしか考えられない」、つまり重ね合わせがあるとしか考えられない、ということに過ぎません。

できれば超ひも理論において解決(納得しやすい説明)されるという説明をお願いします。

回答No.5

DNAFROM

量子力学では素粒子は観測されるまで波の状態で、一粒でも波動になり二重スリットを通り、
光子を連射しても干渉縞ができるとしたのが量子力学の説明で、
超弦論はこの波状態を”振動する紐”が伸びた状態ということにしているんだと思いますが

しかし、観測されて粒又は短い紐になる速度が光速を超えていないと説明できない・・・つまり光速不変の法則に矛盾すること、また、何故観測されると粒になり、干渉縞が消えるのかということは”
は全く説明されていないと思います。

これを説明できるのはエヴェレットの多重世界解釈です。お調べください。

結局”観測されない世界”なので実証できないということがわかっているので
多くの学者はスルーしてるのが現状のようです。

回答No.4

buturikyou

二重スリットは単に「一つのフォトンが隣接した二つのスリットの両方を通った」だけでも満足できます。ところが片方のスリットの直後で光を当てるようなことをしたら干渉縞は消えて無くなるのです。すなわち「途中でどちらを通ったか観測してしまったらどちらかを通ったことにしか為らない」からです。

僕が、もう一つの思考実験を用意したのには理由がありました！

垂直に分裂した経路はどこまでも大きく隔てることが可能ですから対角線上の二つの鏡が相互作用をするとは考えられません。またフォトンには静止質量はございませんが運動量が存在するので鏡にあたって際にも痕跡を残すはずです。そうしたらフォトンは「ＡまたはＢ」を十田ことになるはずですから干渉縞が無くなりそうなモノですが、そうじゃなくて波動性を示すのだそうですから、これは驚天動地の世界です。ここで波動観測ではなくて粒子観測に話題を変更しますと、鏡Ａからまっすぐな観測器Ａと鏡Ｂからまっすぐな観測器Ｂの互いに垂直な位置の二つの観測機を置かねば為りません。鏡Ａ（または鏡Ｂ）から来たフォトンを観測したとしますと観測器Ａ（または観測器Ａ）から見たフォトンは鏡Ａ（または鏡Ｂ）に画像があるように見えるはずです。

すなわち光をまっすぐ観測する限り光速度は無限大と同じであるかのような効果を持ちます！

事態を俯瞰的に把握したとしたら「観測行為は時間を遡ってフォトンの経路の初期を決定している」ように見えることでしょう。シュレーディンガーもいいていますが波動には時間を順行する情報と逆行する情報の両方が入っております。

補足

お礼が遅くなりました。

1. ところでこのハーフミラーの実験は思考実験なのでしょうか？
2. 実際に一粒の光子をとばしても干渉縞ができるのでしょうか？

どうも釈然としません。

3. たとえばBをふさいだら縞はできないのですよね？

単に二つに分かれて飛んでいるのではないということはないでしょうか？

回答No.3

shiara

「実証不能なヘリクツ」が答えです。何も二重スリットの実験だけがおかしな訳ではありません。粒子がどの位置に観測されるかは確率的にしか分からない、と言われていることはご存じでしょう。これも、粒子がAの位置にいる状態、Bの位置にいる状態、Cの位置にいる状態、…が無限に重ね合わさった状態です。量子力学の基本的な考え方は「重ね合わせの原理」です。そのように考えることで、実際に起こっている現象をうまく説明できるのです。

お礼

そうなんです。
単にこう説明すればうまく収まる、というだけで、実証できていないように思えるのです。

回答No.2

tadys

「二重スリット」の問題は量子力学の範囲内で解決しています。

超ひも理論は量子力学で説明出来ない部分を説明するものです。
量子力学で説明できる部分については超ひも理論でも同じ結論になります。

ニュートン力学と相対性理論の関係も同じようなものです。
人工衛星の軌道はニュートン力学の範囲で十分に説明できるので相対性理論を持ち出す必要はありません。
水星の軌道にはニュートン力学では説明できない部分が有るので相対性理論が必要になります。

補足

ははあ。
あの説明で解決していることになっているのですね。
「ひとつの光子でも干渉縞と同じ結果の場所にしかぶつからないのは、重ね合わせがあるから」だと。

どうやら超ひも理論の前に量子論の二重スリット自体に納得がいっていないと言うことになりそうです。
これはあくまで「重ね合わせがあるとしかいいようがない」ということなのでしょうか？