二重スリット量子消しゴム実験トンデモ解説

最初に 

このページは二重スリット量子消しゴム実験に対して、科学的に明らかに誤ったトンデモ解説を紹介するものである。

誤った説明の例 

「簡易版」とやらの間違い 

確かに、偏光板というものが

・振動方向を少しずつ正すガイドラインのような性質を持っていて、

・いきなり90度だと光を通さないけれど、

・角度の変化を小刻みに連続的に変えてゆけば光を通す

のだとすれば、矛盾なく結果が説明できますね。

実は元の記事にも、こんな意味のことが書かれています。 「この実験は少々”ずるい”、古典的な波動像でも説明することができる。 完全に証明するには光子カウンタを設置しなければならないが、アマチュア実験の手に余る」

で、考え直してみたのですが、

・光の強さを調べれば、もう少し言えることがある。

・最終的には光子カウンタまで持ち出さないと、完全に量子のせいだとは言い切れない。

量子消しゴム実験やってみた - 小人さんの妄想

このような奇妙な仮定を置かずとも、この実験の「簡易版」は偏波・偏光だけで容易に説明が可能である。 どうやら、「斜めの偏光板に入れば、斜めの成分が取り出されて斜め同士で再び振動面はそろいます」の意味を全く理解していないようである。 尚、元のコメントにおける「角度の変化を小刻みに連続的に変え」は、偏光板を重ね合わせた時の透過率の話に対するものであって、この実験の「簡易版」に対するものではない。

そして、量子の波動性は古典力学の枠内で記述できる現象なので「古典的な波動像でも説明することができる」のは当たり前である。 だから、この実験の「簡易版」が偏光方向だけで説明できることは「光子カウンタを設置」するかどうかとは全く関係がない。 光子カウンタで検証できることは、この実験の「簡易版」が「量子のせい」であることではなく、一単位の量子であっても波としての性質を示すかどうかである。 一単位の量子であっても、光の偏光の性質が失われるわけではないので、この実験の「簡易版」は偏光方向だけで説明可能である。

ニコニコ動画の間違い 

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア間違いだらけなので注意が必要である。

ところで、観測するというのは、その対象物を攪乱して軌道を変えることが問題・・・ ・・・て言う人がいるけど、これは全然本質的じゃない指摘よね。 例えば、片方だけにいる観測者が光子を観測せず、後ろのスクリーンに光子が届いたなら・・・ 見てなかった方が、通過したスリットだと特定できる。これでも、干渉縞は消えるのね・・・ 要するに「見なかった」という情報でも、干渉縞は消えるわけね。

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア

「見てなかった方が、通過したスリットだと特定できる」のならば、観測者がいる方のスリットは完全に塞がれているも同然である。 片方のスリットが塞がれているなら、スリットが1つしかないのだから、干渉縞が消えるのは当然である。 つまり、これは、観測によって干渉縞が消えたのではなく、単一スリットになったから干渉縞が消えたのである。

情報が干渉縞を消すと言うためには、二重スリットを維持したまま、情報を取得しなければならない。 片方のスリットを塞いだ条件で干渉縞を消しても、それこそ「全然本質的じゃない指摘」である。

次に、二重スリットの前に+45度と-45度に偏光させる二枚の偏光板を置くのね。すると・・・

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア

論文によれば、二重スリットの前に置く物は偏光板ではなくquarter-wave plateである。

で、この場合、二重スリットのどちらを光子が通ったかを特定できる・・・ 検出器pの偏光測定が垂直ならば、検出器sへは水平偏光の光子が行ったことになるから・・・ 後は、検出器sの測定を見れば、どちらのスリットを通ったかが分かる。

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア

「偏光測定」は波の性質に対して行なう測定である。 干渉が発生するのであれば波は両経路を通るはずであるから、検出器sに到達する光は右通過と左通過の合成となる。 つまり、ちゃんと干渉が発生する実験セットになっていれば、このような測定は不可能である。

このような測定が可能となるためには、波がどちらか一方しか通らないことが前提でなければならない。 波がどちらか一方しか通らないのであれば、二重スリット実験としての条件を満足しない。

要するに、検出器sへ向かう光子を触っていないのに、干渉縞の有無を制御できるわけね。

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア

量子もつれ状態にある光子には一定の相関性があるから、検出器pへ向かう光子を触れば、間接的に検出器sへ向かう光子を触ることになる。 よって、「検出器sへ向かう光子を触っていない」は真っ赤な嘘。 ニコニコ動画の説明は、量子消しゴム実験が示唆することと量子もつれの性質を完全に混同している。

干渉縞を復活させるには、検出器pに届いた光子に対応する、検出器sへ届いた光子を選別しなければならない・・・

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア

論文によれば、検出器pの前に偏光フィルタを置くだけで干渉縞が発生している。 よって、「選別しなければならない」も真っ赤な嘘。

今回の実験の場合、何が出て来るかは、検出器pの結果を見るまで決まっていないのね。

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア

後の説明の「検出器sの観測結果が出ている」なら、検出器sの結果の中に埋もれた干渉縞は既は決まっているはずである。 「後日の検出器pの結果で、掘り出されるものが違う」なら、「後日の検出器pの結果」に合わせて選ぶものを変えているに過ぎない。 そして、理論的に考えれば、「後日の検出器pの結果」に対応した確率分布の「検出器sの観測結果」を抽出することは、「後日の検出器pの結果」が出る前に明らかに決まっている。 それならば、「何が出て来るか」のうち「検出器sの観測結果」の組み合わせのパターンは「後日の検出器pの結果」が出る前から決まっているのである。 「決まっていない」のは、どの組み合わせパターンを選ぶかだけである。 決して、「後日の検出器pの結果」の変化に応じて組み合わせパターンが組み替えられることはない。 これは、「検出器sの観測結果」の選別過程にだけ着目すれば、「検出器pの結果」が分からないから何を選ぶべきか分からないことと同義である。 確かに、「検出器pの結果」は「決まっていない」が、それは「何が出て来るか」の全てが「決まっていない」ことを示さない。

検出器sの観測結果が出ているのに、後日の検出器pの結果で、掘り出されるものが違うわけね。

量子消しゴムは時間旅行の夢を見るか? - ニコニコビューア

論文では「coincidence counts」なので観測は同時である。

河合塾が疑似科学はまずいでしょ! 

学習塾が何の注釈もなしに疑似科学を堂々と紹介するのはいかがなものかと。 あたかも科学的事実であるかのように紹介している以上、「実際に高校生が発表したレポートを紹介しただけだ」という言い訳は通用しない。 不特定多数の人に紹介するなら、ちゃんと検証して間違いは間違いと指摘すべきだろう。

ここでスリットの両側に互いに90°の角度の偏光板を設置すると、スリットの両側からの光は振動方向が全く異なるものとなります。 つまりその振動方向によって、スリットのどちらを通過したか確定できるようになります。 経路が確定できるようになることで、光の波動性が失われます。 したがって、粒子としてふるまう光はまっすぐに進み、干渉縞は消えます。

この実験のおもしろいところは、観測していなくても、観測すれば光の経路が確定できる状態にするだけで光の波動性が失われることが巨視的に観察できるところです。

宮城県仙台第二高等学校 - 「みらいぶ」高校生サイト

「経路が確定できるようになることで、光の波動性が失われます」「光の波動性が失われることが巨視的に観察できる」は明らかな嘘である。 まず、この実験では光の波動性が失われた証拠を何一つ提示していない。 既に説明した通り、縦偏光と横偏光の間では干渉縞は生じないのだから、「干渉縞は消えます」は波動性が失われた証拠にはならない。 それどころか、実験の写真は「光の波動性」が明確に表れている証拠をバッチリと捉えている。

次に互いに直角である偏光板をスリットの両側に挿入しました。 すると干渉縞は消えました。

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宮城県仙台第二高等学校 - 「みらいぶ」高校生サイト

この写真にはレーザー光が横に広がっている様子がハッキリと映っている。 これは「0.2㎜のシャープペンシルの芯」の影響である。 回折という波特有の現象により、このような結果が生じているのだ。 つまり、これは、光の波動性が維持されたままで干渉縞が消えたことを示しているのである。

確かに、「経路が確定できるようになる」ことが干渉縞に影響する可能性は示唆されている。 しかし、「経路が確定できるようになる」ことが波動性に影響するとした研究結果はない。 むしろ、何を観測しようとするかが波動性に影響しないことはJ.Wheelerの遅延選択実験遅延選択量子消しゴム実験で確認されている。

高校生に科学の楽しさを教えることは大事である。 しかし、だからこそ、疑似科学で惑わせてはいけないのである。


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