理論家がもつれと古典力学の間の新たな関係を発見 – Physics World

米国ニュージャージー州スティーブンス工科大学の物理学者は、光の波動特性と点質量の機械的特性との間に新たな驚くべき関連性を発見した。 彼らの発見は、オランダの数理物理学者クリスティアン・ホイヘンスによって350年前に提唱された理論を介して、古典力学とコヒーレント波の光学の間のギャップを埋めるものです。

ホイヘンスの最大の発見は、17 の最も著名な XNUMX つの分野で発見されました。^th- 世紀の物理学: 光学と力学。 他の進歩の中でも、彼は光の伝播と、後に観察される干渉、回折、偏光などの重要な現象を説明する光の波動記述を (1670 年代に) 最初に提案しました。 彼はまた、剛体の動きを説明する XNUMX つの基本特性である質量中心と慣性モーメントという機械的概念にも取り組みました。

シャオフェン・チェン および ミサグ・イザディ スティーブンス工科大学量子科学工学センター と 物理学科 彼らは、ホイヘンスの作品のこれらの異なる部分の間に、これまで予想外だったつながりを発見しました。 彼らはこれを、XNUMX つの光コヒーレンス特性、つまり偏光、つまり波が振動する方向、およびもつれを分析することでこれを行いました。量子的関係では、波の相関の独特な形式と考えられます。 彼らは、剛体の回転に関するいわゆるホイヘンス・シュタイナーの定理を通じて、これら XNUMX つの特性が質量中心と慣性モーメントに定量的に関連していることを示しました。

平行軸

平行軸定理としても知られるホイヘンス シュタイナーの定理は、剛体では、任意の軸の周りの慣性モーメントが、常に質量中心を通過する平行軸の周りの慣性モーメント以上であると述べています。 また、これら XNUMX つの慣性モーメントの差は XNUMX つの軸間の垂直距離に正比例するとも述べています。

で説明されている彼らの研究では、 物理的レビュー研究, Qian と Izadi は、幾何学的マッピング手順を使用して、光波の強度を機械的な点質量に変換しました。 光波の強度を物理的物体の質量に相当すると解釈することで、ホイヘンス・シュタイナーの力学的定理を使用して解釈できる座標系にこれらの強度をマッピングすることができました。

「ホイヘンス・シュタイナーの定理は、慣性モーメントと平行軸間の距離との間に定量的な関係を確立します」と Qian 氏は説明します。 「私たちは、軸の距離とエンタングルメントおよび偏光コヒーレンスの光学的概念との定量的な関係を確立しました。 したがって、定理は慣性モーメントを光のもつれや偏光に結び付ける橋渡しの役割を果たします。」

意外なつながり

このような接続が存在することは驚くべきことであると Qian 氏は付け加えています。「波は広がる物理システム (特定の位置を持たない) であり、粒子 (剛体と考えることができます) は特定の位置に局在化できます。ポイント。 波動光学と粒子力学は XNUMX つの完全に異なる物理現象であるため、私たちが確立した定量的な関係は予想外です。」

この関係性はこれまで示されていなかったが、光の特性を機械システムにマッピングすると非常に明確になる、と彼は言う。 「かつては抽象的だったものが具体的になります。力学的方程式を使用すると、文字通り質量中心と他の機械的点の間の距離を測定して、光のさまざまな特性が互いにどのように関係しているかを示すことができます。」

この研究は理論的なものであるが、Qian 氏と Izadi 氏は、発見した定量的関係が、機械的質量が光波のもつれの挙動をシミュレートできる手順の開発に役立つ可能性があると期待している。 「もつれ（および偏光）の測定には、通常、複雑でコストのかかる技術が必要です」と Qian 氏は説明します。 「機械的な質量中心と慣性モーメントを測定することによってそれらをシミュレーションすることは、はるかに簡単で経済的です。

シンクロ振り子の秘密

「私たちは光が時には波のように、時には粒子のように振る舞うことをXNUMX世紀以上前から知っていましたが、これらXNUMXつの枠組みを調和させるのは非常に難しいことが判明しました。」と彼は付け加えました。 「私たちの研究はその問題を解決するものではありませんが、量子レベルだけでなく、古典的な光波や点質量系のレベルでも、波と粒子の概念の間に深いつながりがあることを示しています。」

スティーブンスのチームは現在、量子もつれと古典的な機械的点質量系との間の定量的な関係を調査している。 「私たちはすでに重要な結果をいくつか得ており、将来さらに予想外の結果が得られると予想しています」と銭氏は語ります。 物理学の世界.

彼らは現在の仕事を次のように報告しています。 物理的レビュー研究.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/theorists-unearth-new-link-between-entanglement-and-classical-mechanics/