サビーネ・ホッセンフェルダー：量子力学の非局所性とは？要約

私たちが生きる日常世界において、「局所性（Locality）」は極めて自然な概念です。

ニューヨークに行きたければ、ヒースロー空港から突如消えてJFK空港に現れることはできません。

飛行機に乗り、空を飛び、物理的な経路を移動する必要があります。

物理学における局所性とは、「あらゆる相互作用は隣接する点を通じてのみ伝播する」という原則を指します。

これを破る「非局所性」とは、SF映画のポータルのように、瞬間的な移動や影響が生じることを意味します。

物理学者アルベルト・アインシュタイン(Albert Einstein)は、この局所性を宇宙の基本原則として重んじました。

彼の相対性理論によれば、情報は光速を超えて伝わることはできません。

これを視覚化するのが「光円錐」という概念です。

あるイベントが影響を及ぼせる範囲は、その地点から光が届く範囲、つまり未来光円錐の内側に限られます。

この境界を越えることは、因果律そのものを揺るがす重大な意味を持ちます。

しかし、私たちの現実は必ずしも直感通りではありません。

一方で、物理的な移動を伴わない「非局所的」な現象も存在します。

例えば、一組の封筒に「+1」と「-1」の紙を入れ、一つを東京のアリス(Alice)、もう一つをニューヨークのボブ(Bob)に送ったとしましょう。

アリスが封筒を開けて「+1」を確認した瞬間、彼女はニューヨークにある紙が「-1」であることを瞬時に知ります。

これは非局所的な情報の更新ですが、物理的な影響が飛んだわけではありません。

量子力学の世界では、粒子は「波動関数（Wave function）」によって記述されます。

これは確率を計算するための道具であり、観測されるまでは複数の状態が重なり合っています。

有名な「量子もつれ（Entanglement）」は、2つの粒子が密接に関係し合い、一方の測定結果がもう一方の結果を確定させてしまう現象です。

多くの科学ニュースでは、これが「粒子が瞬時につながっている証拠」としてセンセーショナルに報じられます。

しかし、サビーネ・ホッセンフェルダー(Sabine Hossenfelder)博士は、この解釈に警鐘を鳴らします。

エンタングルメント自体には「作用（Action）」が含まれていないからです。

アリスが自分の手元の粒子のスピンを測定したとき、ボブの粒子の状態について知ることはできますが、アリスがボブの粒子に何かを「した」わけではありません。

実際に、片方の粒子のスピンを（測定せずに）反転させても、もう一方の粒子には何の影響も及びません。

量子力学には「通信不可定理（No-signaling theorem）」という数学的証明が存在します。

これは、量子もつれを利用して光速を超える情報を送ることは不可能であることを示しています。

測定結果は確率的にランダムに現れるため、送信側が結果を制御して意図的なメッセージを送ることはできないのです。

量子もつれは不気味に見えますが、アインシュタインの光速の壁を破ることはありません。

アインシュタインが「不気味な遠隔作用（Spooky action at a distance）」と呼んだのは、実はエンタングルメントそのものではなく、「波動関数の収縮」というプロセスでした。

測定を行った瞬間、空間全体に広がっていた確率分布が一点に凝縮し、他の場所での確率がゼロになる。

この変化が「物理的にリアルな現象」であるならば、それこそが非局所的な遠隔作用に他ならないと考えたのです。

アインシュタインは、量子力学が不完全であり、私たちがまだ知らない「隠れた変数（Hidden variables）」が存在すると信じていました。

つまり、測定前から結果は決まっており、測定はその隠れた情報を単に「明らかにする」だけのプロセスであるという主張です。

これに対し、ニールス・ボーア(Niels Bohr)を中心とする主流派は、隠れた変数など存在せず、収縮こそが現実の描写であると反論しました。

1960年代、ジョン・ベル(John Bell)はこの論争に終止符を打つべく、一つの数学的条件を提示しました。

それが「ベルの不等式」です。

もし世界がアインシュタインの言うように「局所的」かつ「隠れた変数」によって支配されているなら、ある統計的な相関関係は一定の限界（不等式）を超えないはずだ、と彼は説きました。

2022年のノーベル物理学賞は、この不等式が現実の実験で「破られている」ことを証明したアラン・アスペ(Alain Aspect)らに授与されました。

しかし、ここに大きな誤解が生じています。

多くの人は、不等式の破れによって「局所性は否定された」と思い込んでいますが、論理的には別の選択肢が残されています。

ベルの証明には、あまりに自明視されて見過ごされていた前提条件がありました。

それが「測定の独立性（Measurement Independence）」、あるいは「自由選択」と呼ばれる仮定です。

物理学者の多くが「測定の独立性」を維持しようとするのは、それを捨てると「自由意志」や「実験の客観性」が損なわれると危惧しているからです。

しかし、ジョン・クラウザー(John Clauser)自身も指摘したように、ベルがこの前提を忘れていた（あるいは当然視していた）事実は重要です。

物理学の真の神秘は、まだ解明されたわけではありません。

宇宙が不気味に繋がっているのか、それとも私たちが想像もつかないほど精緻に計算された「局所的」な仕組みで動いているのか。

その答えは、次の世代の物理学者に委ねられています。