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二重スリット実験、量子物理学で最も有名な実験について、私たちは誤解してきたのでしょうか？通常、この実験は光が粒子と波の両方の性質を持つという証拠、つまり量子物理学の本質として解釈されています。しかし新しい論文で、物理学者のグループはこれに同意していません。彼らによれば、すべては粒子だけで説明できるのです。
この論文はPRL（Physical Review Letters）に掲載されました。これは基本的にこの分野で最も重要な学術誌です。さて…詳しく見てみましょう。二重スリット実験では、レーザー光を2つの微小な隙間がある板に向けます。これが二重スリットです。
スリットの後ろのスクリーンには干渉縞が見られます。つまり明るい領域と暗い領域のパターンです。これは水の波や音波でも観察できる典型的な波動現象です。両方のスリットからの光が互いに重なり合い、山が谷の上にくるところでは光が打ち消し合って暗い点になります。山が山と重なるか谷が谷と重なるところでは、それらは加算され、これが明るい点になります。
なぜレーザー光が必要なのでしょうか？物理学者がレーザーを本当に好きだからですか？はい、そうですが、実際にはレーザー光が必要です。なぜなら光の位相、つまり山と谷がある場所がすべて同じである必要があるからです。そうでなければ、それらはランダムな場所で足されたり打ち消されたりして、パターンが見えなくなります。
しかし今、レーザー光の強度を下げて、単一の光の量子、つまり単一の光子だけがスリットに向かって移動するようにすることができます。そして不思議なことに、粒子である光子が一つずつ干渉パターンを作り出すのです。これは一つの光子でさえ波のように振る舞い、両方のスリットを通過して自分自身と干渉しなければならないことを示しているように見えます。光が粒子と波の両方として振る舞うという事実は、しばしば「相補性」と呼ばれています。
ここまでは良いでしょう。意味が通るわけではありませんが、私たちはそれが意味をなさないことに慣れてきました。新しい論文の著者たちは今、私たちが間違っていると言います。光はすべて粒子なのです。ただ、光る光子状態と暗い光子状態の両方が存在するというだけです。
暗い光子は検出できず、それがスクリーン上に明るい場所と暗い場所が存在する理由です。暗い点は「暗い光子」が行くところです。著者の一人はNew Scientistに「私たちの説明によれば、光の粒子としての側面だけが必要です」と述べています。彼らの処理の新しい点は、光子が特定の場所に到達する確率だけを計算するのではないということです。
彼らの計算には、光子を吸収できる原子のような検出器の簡単なモデルが含まれており、この検出器が何かを検出する確率を計算します。通常の処理ではこのようなことはしません。したがって、彼らは光の量子状態を、検出器を作動させるもの（それが光る光子）と作動させないもの（それが「暗い光子」）に分けています。
重要なポイントは、これらの暗い光子は単なる空虚ではないということです。彼らはレーザー光の量子状態の一部です。ちなみに、このビデオには覚えていることを確認できるクイズが含まれています。とはいえ、彼らの処理は二重スリット実験を見る本当に新しい方法であり、計算も正しいと思いますが、その解釈には意味がないと思います。
まず、光子の明るい状態も暗い状態も、依然として両方のスリットを通過します。だから著者たちが「すべては粒子の問題だ」と主張するのは誤解を招くと思います。もう一つは、二重スリット実験の通常の処理と同様に、暗い領域に向かう光のエネルギーはゼロだということです。これもまた、それらの暗い状態が粒子とまったく似ていないという解釈をサポートしています。
しかし、このアイデアが無用だというわけではありません。なぜなら、明るい光子と暗い光子の状態を使った彼らの処理は、奇妙に聞こえるかもしれませんが、数学的には波の干渉に依存する通常の処理よりも一般的だからです。通常の干渉アプローチが機能しないケースがあるものの、彼らのアプローチは機能する場合があり、著者たちはそれを研究するためのいくつかの実験を提案しています。
また、明るい状態と暗い状態の区別を理解することで、情報の保存と伝送を改善できると述べています。なぜなら、受信できない暗い状態に情報をダンプしたくないからです。正直に言うと、タイトルを読んだときには、ばかげていると思いました。しかし論文を読んだ後、これは見方の問題だと思います。
これは古い実験について考える本当に興味深い新しい方法です。しかし、光の暗い状態について語ることで量子物理学が混乱しにくくなるとは思いません。量子物理学を誰も理解していないと言われています。それは間違っていると思います、完全に理解可能です。
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