ベルの不等式とは？わかりやすく解説

ベルの不等式は、量子力学という科学の一部で、物の動きや振る舞いがどのように違うかを調べる方法だよ。普通の物は、例えば車やおもちゃ、リンゴとか、私たちがよく見るものだね。でも、量子力学では、すごく小さなものを調べるんだ。それらは、目に見えないくらい小さくて、特別な方法でしか調べられないんだよ。

ベルの不等式は、普通の物の動きや振る舞いと、すごく小さなものの動きや振る舞いが、どのくらい違うかを見るためのルールみたいなものだよ。このルールを使って、科学者たちは、普通の物とすごく小さなものが、どのようにつながっているかを理解しようとしているんだ。

だから、ベルの不等式は、すごく小さなものの世界を探検するためのヒントを与えてくれる、すごいルールなんだよ！

ベルの不等式の破れとは？

ベルの不等式の破れとは、すごく小さなものの世界で、ちょっと変わったことが起こる現象だよ。普通の物の世界では、例えば2人の友達が遠く離れていても、互いに声をかけあったり手を振ったりすることができるね。でも、すごく小さなものの世界では、特別な力が働いて、遠く離れた友達同士でも、まるで隣にいるかのようにつながっていることがあるんだ。

ベルの不等式の破れは、この特別な力が働いていることを示す証拠なんだ。科学者たちは、ベルの不等式の破れを調べることで、すごく小さなものの世界がどのように働いているのか、どんな不思議な力があるのかを学んでいるんだよ。だから、ベルの不等式の破れは、すごく小さなものの世界を理解するための大切な手がかりなんだ！

なぜベルの不等式の破れが証明されると特別な力が働いてることが示されるの？

ベルの不等式の破れが特別な力が働いていることを示す理由は、量子力学という科学が、普通の物とすごく小さなものがどのように動いているかを説明するために、違うルールを使っているからだよ。

普通の物の世界では、物事は直接的な原因と結果でつながっているんだ。例えば、ボールを蹴ると、ボールが飛んでいくよね。でも、すごく小さなものの世界では、物事は直接的な原因と結果でつながっていないことがあるんだ。それが「量子もつれ」という現象で、遠く離れた場所にある粒子が互いに影響を与え合うことがあるんだよ。

ベルの不等式は、この量子もつれがどの程度起こりうるかを調べるために使われるルールだよ。ベルの不等式が破れるということは、量子もつれという特別な力が働いていることがわかるんだ。つまり、遠く離れた場所にある粒子が、何らかの方法でつながっていて、互いに影響を与え合っていることを示しているんだよ。この特別な力は、量子力学の不思議な現象の一つで、普通の物の世界では説明できないんだ。

ベルの不等式を使うと決定論が否定される理由

量子力学によると、物理量は観測されるまで確定しないとされています。しかし、アインシュタインをはじめとする研究者たちは、観測されていないだけで物理量が確定していないわけではないと主張していました。ベルもそのような考えを持っていた研究者の一人でした。そこで、物理量が事前に決まっていると仮定して導かれる不等式を計算しました。この不等式が成り立つ場合、物理量が事前に決まっている可能性が高まります。これがベルの不等式と呼ばれるものです。

しかし、アスペの実験という実験が行われ、不等式が成り立たないことが明らかになりました。つまり、物理量は事前に決まっていないことが証明され、観測される時に初めて確定することが示されました。