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  • Consider throwing a ball straight into the air.

    空に向かってボールを 投げると考えてみて下さい

  • Can you predict the motion of the ball after it leaves your hand?

    投げたボールの動きを 予想する事はできるでしょうか?

  • Sure, that's easy.

    もちろん 簡単ですね

  • The ball will move upward until it gets to some highest point,

    ボールは最高点に達するまで 上に行き

  • then it will come back down and land in your hand again.

    やがて下へ向かい 手の中に戻ってきます

  • Of course, that's what happens,

    これが実際に起こることですね

  • and you know this because you have witnessed events like this countless times.

    こういった事は 何度も目にしていてご存じでしょう

  • You've been observing the physics of everyday phenomena your entire life.

    日常生活における物理を見てきたわけです

  • But suppose we explore a question about the physics of atoms,

    しかし原子の世界ではどうでしょうか

  • like what does the motion of an electron

    例えば水素原子の原子核の周りを回る

  • around the nucleus of a hydrogen atom look like?

    電子の動きはどんな風に見えるのでしょうか?

  • Could we answer that question based on our experience with everyday physics?

    日常の物理学的な経験から 答えることができるでしょうか?

  • Definitely not. Why?

    無理ですね でも なぜ?

  • Because the physics that governs the behavior of systems at such small scales

    この様な小さなスケールでは

  • is much different than the physics of the macroscopic objects

    普段目にするものを司っている

  • you see around you all the time.

    物理とは異なっているからです

  • The everyday world you know and love

    私たちが知り なじんでいる日常世界は

  • behaves according to the laws of classical mechanics.

    古典力学に従って動きます

  • But systems on the scale of atoms

    しかし原子レベルのシステムは

  • behave according to the laws of quantum mechanics.

    量子力学に従って動くからです

  • This quantum world turns out to be a very strange place.

    この量子の世界というのは大変不思議なところです

  • An illustration of quantum strangeness is given by a famous thought experiment:

    その奇妙さは 有名な思考実験である

  • Schrödinger's cat.

    「シュレディンガーの猫」で 説明されています

  • A physicist, who doesn't particularly like cats, puts a cat in a box,

    ある猫嫌いの物理学者が

  • along with a bomb that has a 50% chance of blowing up after the lid is closed.

    ふたを閉めた後に50%の確率で爆発する爆弾を 猫と共に箱に入れました

  • Until we reopen the lid, there is no way of knowing

    私たちがふたを開けてみるまでは

  • whether the bomb exploded or not,

    爆弾が爆発したかどうかはわからず

  • and thus, no way of knowing if the cat is alive or dead.

    猫が生きているかどうかもわかりません

  • In quantum physics, we could say that before our observation

    量子物理の世界では 箱を開けて観察するまでは

  • the cat was in a superposition state.

    この猫は重ね合わせの状態にあるといいます

  • It was neither alive nor dead but rather in a mixture of both possibilities,

    生死どちらの状態であるともいえず 両方の可能性がある混合状態であり

  • with a 50% chance for each.

    それぞれ50%の確率なのです

  • The same sort of thing happens to physical systems at quantum scales,

    同じようなことが量子スケールの 物理システムに起こります

  • like an electron orbiting in a hydrogen atom.

    例えば 水素原子の軌道を回る電子です

  • The electron isn't really orbiting at all.

    実際に電子が軌道を 回っているわけではありません

  • It's sort of everywhere in space, all at once,

    他の場所よりも存在する確率が高いというだけで

  • with more of a probability of being at some places than others,

    いつでも空間の至る所に存在し得るのです

  • and it's only after we measure its position

    私たちが位置を測定した後に初めて

  • that we can pinpoint where it is at that moment.

    その瞬間に存在する場所を示す事ができます

  • A lot like how we didn't know whether the cat was alive or dead

    ちょうど 箱を開けてみるまでは

  • until we opened the box.

    猫の生死が分からないのと同じことです

  • This brings us to the strange and beautiful phenomenon

    では奇妙かつ美しき

  • of quantum entanglement.

    「量子もつれ」の現象を説明しましょう

  • Suppose that instead of one cat in a box, we have two cats in two different boxes.

    今度は2つの箱にそれぞれ 猫を1匹ずつ入れたとします

  • If we repeat the Schrödinger's cat experiment with this pair of cats,

    この2匹の猫でシュレディンガーの猫の 実験を行ったとすると

  • the outcome of the experiment can be one of four possibilities.

    その結果は次の4つのうちのどれかになります

  • Either both cats will be alive, or both will be dead,

    どちらの猫も生きているか どちらも死んでいるか

  • or one will be alive and the other dead, or vice versa.

    1匹は生きていて他方は死んでいるか あるいはその逆かもしれません

  • The system of both cats is again in a superposition state,

    どちらの猫のシステムも重ね合わせの状態になり

  • with each outcome having a 25% chance rather than 50%.

    今度は50%ではなく それぞれ25%の確率になります

  • But here's the cool thing:

    ここでクールなのは

  • quantum mechanics tells us it's possible to erase

    量子力学によると重ね合わせの状態から

  • the both cats alive and both cats dead outcomes from the superposition state.

    どちらの猫も同じである状態を 消し去ってしまう事ができます

  • In other words, there can be a two cat system,

    言い換えると2匹の猫からなる系で

  • such that the outcome will always be one cat alive and the other cat dead.

    つねに1匹の猫は生きており もう片方は死んでいるものを想定できます

  • The technical term for this is that the states of the cats are entangled.

    これを専門的には猫は 量子もつれの状態にあると呼びます

  • But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

    量子もつれに本当に驚かされるのはこれからです

  • If you prepare the system of two cats in boxes in this entangled state,

    2匹の猫のシステムをこの量子もつれの状態にして

  • then move the boxes to opposite ends of the universe,

    2つの箱を宇宙の両端に動かしたとしても

  • the outcome of the experiment will still always be the same.

    同じような実験結果が得られるのです

  • One cat will always come out alive, and the other cat will always end up dead,

    結果を測定する前には

  • even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

    どちらの猫が生きているかを 決めることは全くできないのに

  • before we measure the outcome.

    必ず1匹の猫は生きていて 他方は死んでいるのです

  • How is this possible?

    どうして可能なのでしょうか?

  • How is it that the states of cats on opposite sides of the universe

    宇宙の反対側にいる猫の状態が

  • can be entangled in this way?

    どうしてこの様に もつれるのでしょうか?

  • They're too far away to communicate with each other in time,

    お互いに連絡を取るには遠く離れすぎているのに

  • so how do the two bombs always conspire such that

    どうやって2つの爆弾が共謀して

  • one blows up and the other doesn't?

    1つ爆発し残りは爆発しないのでしょうか?

  • You might be thinking,

    こう思うかもしれませんね

  • "This is just some theoretical mumbo jumbo.

    「これはあくまで理論的な話であって

  • This sort of thing can't happen in the real world."

    現実の世界で起こったりするものか」

  • But it turns out that quantum entanglement

    しかし実はこの量子もつれは

  • has been confirmed in real world lab experiments.

    現実世界の実験で確認されています

  • Two subatomic particles entangled in a superposition state,

    2つの亜原子粒子が重ね合わせの状態でもつれると

  • where if one spins one way then the other must spin the other way,

    1つが一方向にスピンし もう一方は必ず反対にスピンします

  • will do just that, even when there's no way

    1つの粒子から別の粒子に情報を送る

  • for information to pass from one particle to the other

    方法はないにもかかわらず

  • indicating which way to spin to obey the rules of entanglement.

    もつれのルールに従ってスピンするのです

  • It's not surprising then that entanglement is at the core

    量子情報科学の根幹では もつれは

  • of quantum information science,

    不思議なことではありません

  • a growing field studying how to use the laws of the strange quantum world

    急速に伸びるこの分野では 不思議な量子の世界の法則を

  • in our macroscopic world,

    巨視的世界で利用する方法を研究しています

  • like in quantum cryptography, so spies can send secure messages to each other,

    例えば量子暗号のおかげでスパイは安全に メッセージのやり取りを行うことができ

  • or quantum computing, for cracking secret codes.

    また 量子コンピュータを使って 暗号を解読することもできます

  • Everyday physics may start to look a bit more like the strange quantum world.

    日常の物理が量子の不思議な世界に 近づき始めたようです

  • Quantum teleportation may even progress so far,

    量子テレポーテーションの研究が進めば あなたの猫が

  • that one day your cat will escape to a safer galaxy,

    物理学者も箱も存在しない

  • where there are no physicists and no boxes.

    より安全な銀河へ 逃げることができる日がくるのかもしれません

Consider throwing a ball straight into the air.

空に向かってボールを 投げると考えてみて下さい

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B1 中級 日本語 TED-Ed 量子 物理 原子 状態 確率

【TED-Ed】シュレディンガーの猫が量子力学について教えてくれること - ジョシュ・サマニ (What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani)

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    稲葉白兎 に公開 2014 年 12 月 15 日
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