アインシュタインとボーアの量子論争、2025年実験で決着：相補性原理を実証

2025年、光の性質と量子力学の根幹に関わる科学的進展が達成され、約一世紀にわたる理論的対立に終止符が打たれました。この出来事は、1927年10月にブリュッセルで開催された第5回ソルベー会議で、アルベルト・アインシュタインとニールス・ボーアの間で繰り広げられた、光の波と粒子の二重性、そして相補性原理を巡る議論に決着をつけるものです。現代の実験は、マサチューセッツ工科大学（MIT）と中国科学技術大学（USTC）などの研究機関が中心となり実施されました。

この実験は、アインシュタインが量子力学の不完全性を証明するために考案した思考実験を、現代の技術で実現したものです。アインシュタインは、光子（フォトン）がどちらの経路（粒子性）を通ったかを同時に測定しつつ、干渉縞（波動性）も観測できるはずだと主張しました。しかし、ボーアは量子力学の不確定性原理に基づき、経路情報を取得する行為そのものが干渉パターンを破壊すると反論しました。この種の実験に必要な精度は長らく技術的に到達不可能でしたが、2025年になって初めて実現に至りました。

MITのヴォルフガング・ケターレ教授らが率いたチームは、超低温原子を用いて光子を散乱させることで、光の振る舞いを原子レベルの精度で検証しました。彼らは、光子が原子を通過する際の「はね返り」を測定することで経路情報を得ようとしましたが、その結果、経路情報がより多く得られるほど、波としての干渉パターンが顕著に減衰することを確認しました。この結果は、光の振る舞いが、どの観測を行うかによって決定されるという量子論の核心を実証し、ボーアの相補性原理の解釈を明確に支持するものでした。

この科学的成果は、2025年が国連によって「国際量子科学技術年（IYQ）」に指定されたことと時を同じくしています。IYQは、量子力学の最初の定式化から100周年を記念し、量子科学の重要性に対する一般の認識を高めることを目的としています。特に、UNESCOが主導するこのイニシアチブは、グローバルサウスにおける能力構築やSTEM分野におけるジェンダー平等の推進にも焦点を当てています。

USTCの研究チームもまた、可動式のスリットを単一原子に置き換える手法で同様の実験を実現し、その知見を2025年12月2日に『Physical Review Letters』で発表しました。彼らのセットアップでは、光子が原子と衝突する際の反跳（キック）が光子の経路情報となり、この情報量と干渉パターンの鮮明さがトレードオフの関係にあることを示しました。この精密な検証は、量子相関が、原子をレーザーで固定する際の「バネ効果」よりも、原子自体の「ぼやけ（空間的な非局在化）」が本質的であることを示唆しています。この成果は、量子技術の将来的な応用、例えば量子コンピューティングや暗号通信の発展に新たな推進力を与えるものと見なされています。

アインシュタインとボーアの論争は、1927年の第5回ソルベー会議で頂点に達し、この会議にはノーベル賞受賞者を含む29名の著名な物理学者が集結しました。2025年の実験は、この歴史的な理論的対立を実験的検証の領域へと移行させ、物理学の基礎法則としての地位を確固たるものにしましたが、量子論全般に対するアインシュタインの哲学的懐疑論を全て払拭したわけではありません。この実験的達成は、光と物質が強く結びついた系における量子的な振る舞いから古典的な振る舞いへの漸進的な移行を探るための基盤を提供し、21世紀の科学技術の進展における量子科学の決定的な役割を改めて浮き彫りにしました。