Schrödinger's cat: A thought experiment in quantum mechanics - Chad Orzel

シュレディンガーの猫: 量子力学の思考実験 - チャド・オーゼル

翻訳: Misaki Sato 校正: Tomoyuki Suzuki

Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics,

オーストリアの物理学者 E.シュレディンガーは 量子力学の立役者の一人ですが

but he's most famous for something he never actually did:

その名を有名にしたのは 実際には行われなかった実験でした:

a thought experiment involving a cat.

それはネコにまつわる思考実験です

He imagined taking a cat and placing it in a sealed box

ネコを箱に入れて封印したとします その際に―

with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour.

一定時間内に50%の確率で ネコを殺してしまう装置を一緒に入れたとしたら

At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?"

最終的に「ネコの状態はどうなるだろうか？」と 問いかけたのです

Common sense suggests that the cat is either alive or dead,

常識的に考えればネコは生きているか 死んでいるかのどちらかですが

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

シュレディンガーによれば 量子力学に従うと

at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead,

箱を開けてみるまでは ネコは生きていると同時に

at the same time.

死んでいる状態だというのです

It's only when the box is opened that we see a single definite state.

箱を開けた時にのみ その状態が確定します

Until then, the cat is a blur of probability,

それまではネコの生死は はっきりとせず確率的で

half one thing and half the other.

半々の状態なのです

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

そんなばかな これがシュレディンガーの見解でした

He found quantum physics so philosophically disturbing,

量子力学はあまりに 哲学的に矛盾しているとして

that he abandoned the theory he had helped make

自身が関わってきた この学説を放棄して

and turned to writing about biology.

生物学に関する執筆へと 転じました

As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real.

ばかばかしく思えるかもしれませんが シュレディンガーのネコは現実なのです

In fact, it's essential.

実をいうと 欠かせないものなのです

If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once,

量子的な物体が同時に２つの状態で あることが不可能だったとしたら

the computer you're using to watch this couldn't exist.

今 レッスンを見ている このコンピュータも存在しませんでした

The quantum phenomenon of superposition

重ね合わせという量子現象は

is a consequence of the dual particle and wave nature of everything.

全てのものが持つ 波と粒子の二面性の結果です

In order for an object to have a wavelength,

ある物質が波の性質を有するには

it must extend over some region of space,

空間的にある程度 広がっていなければなりません

which means it occupies many positions at the same time.

つまり 同時に複数の位置を 占めなくてはならないのです

The wavelength of an object limited to a small region of space

物質の波長はある程度の 空間までには限定されますが

can't be perfectly defined, though.

これを完全に定義することはできません

So it exists in many different wavelengths at the same time.

つまり さまざまな波長で 同時に存在するのです

We don't see these wave properties for everyday objects

日常の物質ではこの波動の特性を 目にすることはありません

because the wavelength decreases as the momentum increases.

その理由は運動量が増加すると 波長は短くなるからで

And a cat is relatively big and heavy.

その点では ネコは大きくて 重すぎるのです

If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System,

１つの原子を太陽系の大きさに 膨らませたとすると

the wavelength of a cat running from a physicist

物理学者から逃げる ネコの波長は

would be as small as an atom within that Solar System.

その太陽系内の原子と 同じぐらい小さくなってしまいます

That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat.

あまりに小さくて ネコの波動的ふるまいを 見ることはできません

A tiny particle, like an electron, though,

しかし 電子といった小さな粒子は

can show dramatic evidence of its dual nature.

この二重性の劇的な 証拠を示します

If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier,

電子を衝立に空けた２つの 細いスリットに向けて撃ち出すと

each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant,

各電子は粒子のように振舞い ある瞬間に反対側の

like a particle.

ある一点で検知されます

But if you repeat this experiment many times,

しかし この実験を何度も繰り返して

keeping track of all the individual detections,

各粒子の軌跡を追跡していくと

you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior:

波動の特徴を示すパターンを示すのです

a set of stripes - regions with many electrons

一連の縞 ― これは 複数の電子の存在する場所と

separated by regions where there are none at all.

何もないところに分かれています

Block one of the slits and the stripes go away.

片方のスリットを塞ぐと この縞が無くなってしまいます

This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits

それでこのパターンは各電子が同時に 双方のスリットを通り抜けた

at the same time.

結果であることを示しています

A single electron isn't choosing to go left or right

一つの電子が左右の行先を 選ぶのではありません

but left and right simultaneously.

左右同時に通り抜けるのです

This superposition of states also leads to modern technology.

この重ね合わせの状態が 現代の技術へとつながります

An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit.

原子核の近くにある電子は広がりのある 波状の軌道に存在しています

Bring two atoms close together,

２つの原子を互いに近づけると

and the electrons don't need to choose just one atom

電子は一方の原子に 属しているのではなく

but are shared between them.

原子間で共有されます

This is how some chemical bonds form.

これが化学結合の仕方です

An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B.

ある分子の１電子は 原子Aまたは 原子Bではなく A+Bに属し

As you add more atoms, the electrons spread out more,

原子をさらに追加していくと 電子はさらに広がってゆき

shared between vast numbers of atoms at the same time.

数多くの原子間で 同時に共有されます

The electrons in a solid aren't bound to a particular atom

固体の中の電子は特定の原子に 結合しているわけではなく

but shared among all of them, extending over a large range of space.

すべての原子間で共有され 広い範囲に広がっています

This gigantic superposition of states

この巨大な重ね合わせの状態が

determines the ways electrons move through the material,

物質を通り抜ける際の 電子の動きを決定して

whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor.

物質が導体か 絶縁体か 半導体になるかを決めます

Understanding how electrons are shared among atoms

電子が原子間でどのように 共有されるかを理解する事で

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

シリコンのような半導体の性質を

like silicon.

制御することができます

Combining different semiconductors in the right way

異なる半導体をうまく結合すると

allows us to make transistors on a tiny scale,

一つのコンピュータチップ上に 何百万もの小さなトランジスタを

millions on a single computer chip.

搭載することができます

Those chips and their spread out electrons

半導体チップと 広い範囲に分布する電子が

power the computer you're using to watch this video.

このビデオを見ている コンピュータに動力を与えます

An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos.

インターネットはネコのビデオの共有ために あるというのはお馴染みの冗談ですが

At a very deep level, though, the Internet owes its existance

深くさかのぼってみると インターネットが存在しているのは

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

オーストリアの物理学者と想像上のネコの おかげなのです