This thought experiment will help you understand quantum mechanics - Matteo Fadel

翻訳: Emi Atarashi 校正: Tomoyuki Suzuki

After a long day working on the local particle accelerator,

地元の粒子加速器での 一日の長い仕事を終えたあと

you and your friends head to the arcade to unwind.

あなたは気晴らしに 友だちと一緒に ゲームセンターに遊びに行きました

The lights go out for a second, and when they come back,

店の照明が一瞬消えますが 明かりが戻ると

there before you gleams a foosball table nobody remembers seeing before.

目の前には さっきまでなかった テーブルサッカーが光輝いていました

Always game, you insert your coins.

ゲームなら何でも大歓迎 あなたは コインを入れます

And with a fanfare, Quantum Foosball begins.

ファンファーレと共に 量子テーブルサッカーの始まりです

Here are the rules: as with normal foosball,

ルールを説明します

普通のテーブルサッカーと同様 目的は 点を取ることです

the object is to score points

by spinning levers with tiny players to sink the ball in your opponent’s goal.

ミニプレーヤーが付いた操作棒を回して 相手のゴールに ボールを沈めます

Only instead of a standard ball, you’ll be playing with a giant electron.

ただし 通常のボールの代わりに 巨大な電子を使います

It behaves like a normal electron in all respects, it’s just much larger.

電子ボールは 普通の電子として動きます ただ 極端に巨大なだけです

Though the rules are simple, gameplay is anything but.

ルールは簡単ですが 試合の様子は通常とは全く異なります

電子ボールは お馴染みのニュートン物理学ではなく

Instead of the familiar laws of Newtonian physics,

the movement of the ball is governed by quantum mechanics.

量子力学の法則に従った動きをします

To minimize the influence from photons and air molecules,

光子や空気の分子からの影響を 最小限にするため

you’ll be playing in a vacuum. In the dark.

真空 しかも 暗闇でプレーします

But that’s ok, because you can watch for the flashes of light

でも 心配ご無用

ボールは プレーヤーに当たると 光を発してくれますから

given off by collisions between figures and the ball.

The goals themselves will flash when the electron

ゴールでは 電子ボールが 粒子検出器に当たると

hits their particle detectors.

光が点滅するようになっています

Now you just have to figure out how to get the electron to go where you want.

では 思う場所にボールを動かすために 電子ボールのコントロール方法を探りましょう

As soon as it enters play, the electron will never rest.

ゲームが始まるとすぐに 電子ボールは 止まることなく動きまわります

This is a direct consequence of the Heisenberg Uncertainty Principle,

この動きは 「ハイゼンベルグ不確定性原理」の結果です

which says that the better you know where a quantum particle is,

量子の粒子が どこにあるか 知ろうとすれば するほど

the less you know about its velocity, and vice versa.

粒子の速さが不確定になってしまう またはその逆も起きる という原理です

Since you know it’s on the field, its velocity is largely uncertain.

電子ボールが テーブル上にあることを「知っている」ので

速度が不確定になるのです

The electron will behave more like a wave than a particle,

電子は「粒子」としてよりも 「波」としての振る舞いをします

with its position described by probability distributions that you’ll have to imagine.

その位置は

確率分布によって示され あなたはそれを イメージする必要があります

These distributions are spread throughout the entire field,

粒子の位置の確率を示す分布は テーブル全体に広がっているため

making it possible to observe a goal at any time and in either side.

いつでも 両サイド どちらのゴールも狙える状態にあります

The way to win is to control and concentrate the distribution

勝つためには

相手ゴールに入れる確率分布の 制御と集中を行わなければなりません

over the opposite goal,

giving yourself the highest likelihood of scoring points.

そうすることで 得点を得る確率を最大化できます

Your skill as a player will be determined by your ability to predict

あなたのプレーヤーとしてのスキルは

電子が存在する確率が 最も高い場所を予測し

where the electron is most likely to be,

then manipulate the probability distribution by spinning the rods

ちょうど良い強さで操作棒を回して 確率分布を操作する能力で測られます

with just the right amount of strength.

Quantum particles only receive energy in precise amounts, called quanta.

量子粒子は「量子」と呼ばれる 定まった量のエネルギーのみを受け取ります

So spin too hard or too soft,

レバーの回転は 強すぎても弱すぎてもダメで

and the electron will stay on its previous course.

それまでの動きが変化することなく 動き続けます

The game board has been carefully constructed to contain the electron,

ゲームテーブルは電子が外に飛び出さないよう 精密に作られていますが

but even so, sometimes it’ll quantum tunnel through the walls

それでも時々 電子ボールは わけもなく

量子の「トンネル効果」ですり抜け 場外へ出て行ってしまいます

without any apparent reason.

At that point it could be anywhere in the universe,

そうなると 電子ボールは この宇宙のどこかにはあるでしょうが

so to save you the trouble of tracking it down,

探しに行くのは大変ですので

the game will spit out a new ball.

新しい電子ボールが提供されます

The fact that quantum particles behave like waves

量子粒子が 波のような振る舞いをすることは

becomes particularly evident in the presence of obstacles.

障害物がある場合に 特に はっきりわかります

As the particle travels through the rows of miniature figures,

粒子はミニプレーヤーの列を 通り抜けて行くため

complicated interference patterns will develop in the probability distribution,

確率分布に 複雑な干渉パターンが生じ

making it even more difficult to accurately predict its position.

粒子の位置を正確に予測することを さらに困難にします

And here’s where your advanced physics degree can finally come in handy:

さぁ あなたの高度な物理学の学位が 役立つ時がきました

you can use the laws of quantum mechanics to your advantage.

量子力学の法則の知識を使って 優位に立ちましょう

The only moments when the electron will behave as a particle,

電子が 唯一

波よりも 粒子としての振る舞いをするのは 何かにぶつかった時です

rather than a wave, are when it hits something.

With frequent enough kicks,

頻繁に十分なキックをすることで

the particle would have no time to evolve like a wave and, therefore,

粒子は 波としての振る舞いへと 発展する時間がなく

not spread out in space.

この宇宙のどこかに 飛び出すこともありません

So if you can pass it very quickly between two of your miniatures,

ですので ミニレーヤー間で 電子を非常に速いスピードでパスすれば

you can keep it localized.

その位置を特定し続けられます

Masters of the game call this the Quantum Zeno Maneuver.

量子ゲームの達人は これを 「量子ゼノン効果」のスゴ技 と呼んでいます

Now, if you really want to dominate your opponents,

さて あなたが もし 本気で 対戦相手を倒したいなら

there’s one more thing you can try, but it’s pretty tricky.

トライできることがもう一つあります かなり巧妙な技です

One of the distinctive features of the quantum world

量子の世界における 独特な性質の一つに

is the possibility of state superpositions,

「状態の重ね合わせ」 の可能性が挙げられます

where particles’ positions or velocities

これは 粒子の位置 または 速度が

can be simultaneously in two or more different states.

同時に２つ またはそれ以上の 異なる状態になりうる というものです

If you can put the electron into a superposition

電子を 同時に

「蹴られる」と「蹴られない」の 重ね合わせの状態にすると

of being simultaneously kicked and not kicked,

it’ll be almost impossible for your opponents to figure out

あなたの対戦相手は

どこでどう攻撃すればよいか 分からなくなるのです

where and how to strike.

It’s said that Erwin Schrödinger,

エルヴィン・シュレディンガーだけが この技をやってのけられる ―

the greatest Quantum Foosball champion of all time,

量子テーブルサッカーの 前代未聞の 偉大なチャンピオンと言われています

is the only player to have mastered this technique.

But maybe you can be the second:

でも あなたが次のチャンピオンになれる 裏技を教えましょう

Just figure out a way to simultaneously turn and not turn your rods.

操作棒を「回す」のと「回さない」のを 同時に行う方法を 見つけ出せばいいのです