第 9 章 準古典近似 133
10.3 両立不可能性
10.3.1 2粒子の場合
原子AとBの合成スピンが(10.27)のようにシングレット状態を形成し ている場合を考えよう9。原子Aのスピンのx成分を測定した結果がmAx であったとすると、原子Bのスピンのx成分はmBx = −mAx で与えられ る。y成分を測定した場合も同様にしてmBy =−mAy なる関係が成立する。
さらに、[ˆσAx,σˆyB] = 0なのでmAx とmBy は同時測定可能で測定結果から mAxmBy を計算できる。同様に、[ˆσyA,ˆσxB] = 0なのでmAy とmBx は同時測 定可能で測定結果からmAymBx を知ることができる。さらに、mAx =−mBx とmAy =−mBy が両立すると仮定すると
mAxmBy =mAymBx (10.32) が成立する。一方、直接の計算によりスピンシングレット状態に対しては
⟨ˆσxAσˆyB+ ˆσyAσˆxB⟩= 0 (10.33) を示すことができる。従って、mAxmBy =−mAymBx となり(10.32)と矛盾 する。従って、mAx =−mBx とmAy =−mBy は両立しない。
10.3.2 3粒子の場合
次にスピンが1/2の粒子が3個あり、次のようなエンタングルした状態 にある場合を考えよう10。
|ψ⟩= 1
√2(| ↑1↑2↑3⟩ − | ↓1↓2↓3⟩ (10.34) ここで、下付きの数字は粒子を識別するラベルである。この状態は次の関 係式を満足する。
ˆ
σ1xσˆ2yσˆ3y|ψ⟩ = σˆ1yˆσ2xσˆ3y|ψ⟩= ˆσ1yσˆ2yˆσ3x|ψ⟩=|ψ⟩ (10.35) ˆ
σ1xσˆ2xσˆ3x|ψ⟩ = −|ψ⟩ (10.36) 各粒子のスピンに対してσˆxを測定して、測定結果をm1x, m2x, m3xとす ると、(10.36)より
m1xm2xm3x =−1 (10.37)
9D. Bohm,Quantum TheoryPrentice-Hall New York (1951) p.614
103粒子の議論はMermin,Am. J. Phys. vol. 58, p. 731 (1990)による。
10.3. 両立不可能性 155 他方、(10.35)より
m1xm2ym3y =m1ym2xm3y =m1ym2ym3x = 1 (10.38) これら3つの式を掛け合わせてm2iy = 1 (i= 1,2,3)を用いると
m1xm2xm3x= 1 (10.39)
が得られるが、これは(10.37)に矛盾する。このような矛盾が生じた理由 は、(10.37)と(10.39)に現れるmixが同じ値であると仮定したことにあ る。実際は、(10.35)の測定はスピンのy成分の測定を含んでおり、その 場合は同じ粒子のスピンのx成分は決まった値を持ちえないのである。
索 引
アインシュタインード・ブロイの関係 式Einstein-de Broglie for-mulae, 35
アインシュタインの局所原理 Ein-stein’s local principle, 148 アインシュタイン・ポドルスキ―・
ローゼンのパラドックス Ein-stein, Podolsky and Rosen’s paradox, 147
アインシュタイン・ポドルスキー・
ローゼンのパラドックス Einstein-Podolsky-Rosen paradox, 143 アインシュタインーポドルスキィ
-ローゼン相関 Einstein-Podolsky-Rosen correlation, 24
位相シフトphase shift, 104
ウィグナーの定理Wigner’s theorem, 54
永年方程式secular equation, 120 エディントンのイプシロン
Edding-ton’s epsilon, 107 エルミート性 Hermitian, 9
エルミート多項式Hermite polyno-mial, 86
エンタングルメント entanglement, 22
隠れた変数理論hidden variable the-ories, 148
隠れた変数理論hidden variable the-ory, 24
重ね合わせの原理 principle of su-perposition, 13
還元密度演算子reduced density op-erator, 20
換算質量reduced mass, 99
完全性関係式completeness relation, 8
基底状態ground state, 29
軌道角運動量 orbital angular mo-mentum, 50
奇パリティodd parity, 76
球ノイマン関数spherical Neumann function, 102
球ハンケル関数spherical Hankel func-tion, 103
球ベッセル関数spherical harmonic function, 102
球面調和関数spherical harmonic func-tion, 62
キュービット qubit, 126
局所実在論local realism, 148, 149 極性ベクトル polar vector, 77 擬スカラーpseudo scalar, 76 空間回転対称性space-rotation
sym-metry, 50
空間の並進対称性space-translational symmetry, 49
クラマース縮退 Kramers degener-acy, 79
クレプシューゴルダン係数 Clebsch-Gordan coefficient, 74 クーロン単位系Coulomb units, 105 偶然縮退accidental degeneracy, 106,
107
索 引 157 偶パリティ even parity, 76
グリーソンの定理 Gleason’s theo-rem, 15
系 corollary, 15
ケナードーロバートソンの不等式 Kennard-Robertson inequality, 34
交換子 commutator, 28 混合状態 mixed state, 18
合流型超幾何関数 confluent hyper-geometric function, 96 射影演算子 projection operator, 13 射線 ray, 9, 11
縮退 degeneracy, 30
シュミット数 Schmidt number, 21 シュミット分解 Schmidt
decompo-sition, 20
主量子数 principal quantum num-ber, 106
シュレーディンガー表示Schr¨odinger representation, 32
シュワルツの不等式Schwarz inequal-ity, 8
昇降演算子raising and lowering op-erators, 58
真空状態 vacuum state, 83 真スカラー true scalar, 76 振動定理 oscillation theorem, 45 時間順序演算子time-ordering
oper-ator, 130
時間の並進対称性 time-translation symmetry, 48
磁気量子数magnetic quantum num-ber, 93
軸性ベクトル axial vector, 77 純粋状態 pure state, 17
スピン角運動量 spin angular mo-mentum, 67
正作用素値測度 positive operator
valued measure, 15 生成子 generator, 49 正値性 positivity, 8
摂動論 perturbation theory, 115 線形 linear, 54
線形性 linearity, 8 選択則 selection rule, 77
ゼーマン効果 Zeeman effect, 67 相互作用表示 interaction
represen-tation, 129
相補性の原理 principle of comple-mentarity, 147
WKB近似WKB approximation, 133 断熱極限 adiabatic limit, 127
断熱不変量adiabatic invariant, 138 遅延選択 delayed choice, 25
転回点 turning point, 134 天頂角 polar angle, 61 等方的 isotropic, 50 特異値 singular value, 22
特異値分解 singular value decom-position, 22
トレース trace, 18
同径量子数 radial quantum num-ber, 93
同時固有状態 simultaneous eigen-state, 30, 31
ド・ブロイの関係式 de Broglie re-lation, 36
ドブロイ波長de Broglie wavelength of a particle, 134
二価表現double-valued representa-tion, 70
ニ準位系 two-level system, 126 ネターの定理Noether’s thereom, 47 ハイゼンベルグの不確定性関係
Heisen-berg’s uncertainty relation, 34
ハイゼンベルグ表示Heisenberg rep-resentation, 32
波束の収縮 reduction of the wave packet, 145
波動関数の一価性single-valuedness of the wave function, 60, 62
ハミルトニアン Hamiltonian, 28 Hamilton-Jacobi equations, 39 反交換関係 anticommutation
rela-tion, 68
反線形 antilinear, 54, 78
反線形演算子 antilinear operator, 46
反ユニタリ演算子antiunitary oper-ator, 46, 78
反ユニタリー antiunitary, 54
陪ルジャンドル多項式associated Leg-endre polynomical, 65 パリティparity, 52
パリティ変換parity transformation, 76
非局所相関nonlocal correlation, 24 非局所操作nonlocal operation, 23 非分離性nonseparability, 24 非ユニタリnonunitary, 145
ヒルベルト空間 Hilbert space, 7, 8 フェルミーディラック統計
Fermi-Dirac statistics, 67
フェルミの黄金律Fermi’s golden rule, 129
フェルミ粒子 fermion, 67
ブロッホの定理Bloch’s theorem, 53 分離可能separable, 22
プランク定数 Planck constant, 35 ヘルマンーファイマンの定理
Hellmann-Feynmann theorem, 31 変換関数 transformation function,
10
冪等条件idenpotency condition, 17 ベルの不等式 Bell’s inequality, 149 Bell-Kochen-Speckerの定理
Bell-Kochen-Specker theorem, 15 ベーカー・ハウスドルフの公式
Baker-Hausdorf’s formula, 88 方位角 azimuthal angle, 61
ボーア・ゾンマーフェルトの量子化条 件Bohr and Sommerfeld’s quantization rule, 137 ボーア・ゾンマーフェルトの量子化規
則Bohr-Sommerfeld’s quan-tization rule, 138
ボースーアインシュタイン統計 Bose-Einstein statistics, 67 ぼーすりゅうし＠ボース粒子boson,
67
ポアソンの括弧Poisson bracket, 47 密度演算子density operator, 16 もつれた状態 entangled state, 24,
148
ヤコビの恒等式Jacobi’s identity, 47 ユニタリーunitary, 54
ラカー公式Racah formula, 75 ラゲールの陪多項式 associated
La-guerre polynomial, 92 ラビ振動Rabi oscillation, 126 ラプラスールンゲーレンツベクトル
Laplace-Runge-Lenz vector, 107
力学的対称性dynamical symmetry, 106, 107
離散的な対称性discrete symmetry, 52
離心率 eccentricity, 113 離調 detuning, 125
量子圧力項quantum pressure term,