皆さん量子力学って聞いたこと有りますか？
量子力学って言うのは原子よりももっと小さい物の事を研究する学問。
原子って習いましたよね？
中学か、高校か忘れましたが。
物質の元となる小さな小さな粒です。
原子核が中心に有り、その周りを電子が回っています。
で、量子力学では、その原子の内側にある”量子”を研究します。
この量子は原子よりも大きな世界の物質と振る舞いが異なる。
漠然と簡単に表現すると、「私達の中での常識ではあり得ないことが起きる。」
私達の世界の常識が全く通用しない世界です。
そんな量子力学の世界でとても有名な実験が二重スリット実験というもの。
二重スリット実験は量子力学の中でも有名な実験。この実験で量子の世界がいかに私達の常識を超越しているかがよく分かるものなので紹介します。
二重スリット実験のスリットとは、隙間・切れ目という意味です。
二重スリット実験とは、簡単にいうと小さな量子の粒を二本の割れ目にランダムで打ち込むと、スリットを通った粒子はどのような模様を作り出すかと言うもの。
分かりやすくYoutube動画で説明されています。
まずは普通の粒子を発射装置で次々と発射した場合
スリットを通った粒子はスリットの向こうのスクリーンへはまっすぐの直線。要はスリットと同じ形の模様を作ります。
ここまでは分かる。
じゃあ次はスリット２本の場合。
これもなんとなく予想できます。
ビー玉みたいな粒子を次々と発車すると・・・
やっぱりこの場合も２つのスリットを通り抜けるとその形と同じように２本のスリットになりますね。
ここも分かる。うん。
じゃあ次は波の場合。
粒子ではなく波の場合、１本のスリットを通り抜けるとスリットの出口から放射状に波が広がりスクリーン全体に広がる。
放射状に広がった波で最も強くスクリーンにぶつかるのは波の一番先頭。一番初めにスリットにぶつかる部分です。
なのでスクリーンに映し出される模様としては、一番強く波が当たる部分が最も線が濃くなり、そこを中心に模様が広がります。
これもうん、わかる。
じゃあ、２本のスリットの場合はどうでしょうか。
２つのスリットから出た波はぶつかり、互いに打ち消し合いこんな模様の波になります。↑↑
それで、スクリーンに映し出される模様としては、
このようになるのです。この模様を干渉縞というらしい。
このような模様になるのはイメージするのは難しいですが、見ると「ああ、こんな模様になるんだな」って理解が出来ます。
原子よりも大きな物質の世界のレベルでは、粒子の場合・波の場合で二重スリット実験はこのような結果になります。
大体、イメージできるし、理解できますよね。
じゃあ次は本題、量子の世界ではどうなるでしょう。
量子力学の中で代表的な量子は電子です。
電子って前述したように原子の中の１つ。
ということで、この二重スリット実験ではこの電子をつかいます。
電子を次々と発射装置で１本のスリットに向けて連続で発射すると・・・
一番最初の量子ではなく粒子を発射した場合と同じ１本の模様がスクリーンに映しだされます。
これも分かる。うんうん。
じゃあ２本のスリットの場合どうか。
当然２本のスリットと同じ２本の線の模様がスクリーンに映し出されるはず・・・
さっきは１本のスリットが２本に増えただけで、発射装置で発射されるものはさっきと同じ電子なんだから。
が・・・
干渉縞なんです！！！
発射しているのは小さな粒。なのに、、、
先ほど紹介した、波が二重スリットで通った時と同じ結果なんです。
電子って粒じゃないの？え？？
この結果に科学者たちは意味がわからなかったそうです。
で、頭の良い科学者が良い方法を思いついた。
電子を１つずつ連続で発射してみました。
これで完璧。
そもそも１つずつ発射が出来るってことは波ではなく粒。であるという証です。
波であれば１粒なんて単位はありえないですから。
科学者も当然２重スリットを通り抜けた電子の粒は２本の線が出来るはず。
と、高をくくって見ていました。。。。が。。。
なんとまたもや、干渉縞です。
粒であれば絶対現れない模様。波でなければ現れない模様です。
なにこれ・・・ｗｗｗ
どういうこと？
意味が分からん。
ありえない結果に科学者混乱ｗｗｗ
どうやってもこの結果になるらしい。
という事は、電子は波でも有り、粒子でも有るってこと。
１発ずつ発射した電子の粒はスリットを通り抜ける前に波になり、通り抜けた後に粒になる。
受け入れがたいが、何度やってもこういう結果になるので受け入れるしか無いｗｗｗ
数学的な考え方をすると、物質の粒子の場合は
片方のスリットを通る場合
もう片方の粒子を通る場合。
スリットを通らず、壁にぶつかり弾かれる場合。
この３通りしかありません。
１粒の粒子を発射した場合、その３通りの中のどれか１パターンにしかなりません。
がしかし電子の場合は！！ｗｗｗ
両方のスリットを通った場合
どちらも通らなかった場合。
片方のスリットを通った場合
もう片方のスリットを通った場合。
それら４パターンが１度の電子の粒の発射で全て同時に起こっているということになるｗｗｗ
つまり、１粒ずつの粒子として打ち出したにも関わらず、波の性質を持つということ。
は？ｗｗｗ
はぁあああ？？？？ｗｗｗｗｗｗ
科学者はなにこれイミフ状態。
あらゆる結果が同時に伴っている状態。それが量子力学
ですが、科学者の探究心は底知れない。
じゃあ今度は、二重スリットを電子が通り抜ける瞬間を観測しようとしました。
科学者たるもの観測出来ないものを信じるわけには行きません。
粒である電子が波になる瞬間を観測しようとしたのです。
方法としては二重スリットのすぐ近くに観測装置を起きました。
これで、１つの電子の粒が二重スリットを通り抜ける時どうなるかを観測しようとしました。
が、しかし、
量子力学の世界は完全に人間が想像できる世界を超えていたのです。
なんと、観測を始めた瞬間に電子は粒子の時の振る舞いをはじめました。
今まで観測装置を置く前は、波の振る舞い。干渉縞がスクリーンに現れていたのですが、
観測装置をおいた瞬間に粒子の振る舞い。つまり、２重スリットを通ったそのまま、２本の線がスクリーンに現れた。
観測という行為が加わっただけで、電子はどちらか片方のスリットだけを通るだけになってしまったのです。急に違う振る舞いをはじめましたｗｗｗ
そして、この謎は未だ解明されていないｗｗｗ
この現象の真実は未だ解明されていない。
そして、これが現在の量子力学の考え方の基準でもあり、問題点になっているんです。
量子は波であり、粒子でもある。それが量子力学。
そして、さらに観測者によって結果が変わるという点も量子力学の基本。
それによって、量子はモノではなく、状態と考えることが基本になっているんです。
あらゆる結果が同時に伴っている状態。
そして、その状態は観測者によって変わる。
これが、最先端の学問である量子力学なのですｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗｗ
完全に人知を超えてるｗｗｗｗｗｗｗｗ
が、やっぱりすごい人たちはこの意味不明な量子力学に立ち向かっている。それがすごいですよね。
この二重スリット実験はこの動画でそのまま見ることができるのでよければ御覧ください。
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こちらも二重スリット実験の動画です。面白いですよ。
それとコチラは二重スリット実験の最新版。
これは更に人知を超えた結果にｗｗｗ謎は深まるばかり。動画を見ても意味がわからないですｗｗ
ちなみに、この量子力学の考え方を表した実験がシュレディンガーの猫です。
こちらも良ければ御覧ください。ちょっと精神崩壊系の気持ち悪い動画ですが、ナレーションはしっかりしていますのでｗ
それと、この量子力学の考え方を応用したコンピュータが量子コンピュータです。
今までのコンピュータは０か１のどちらかしか持ち得ない情報量。１ビット。
がしかし、量子コンピュータは量子ビットという基準に基づき０と１を両方持ち合わせているそうです。
ちょっとこのへんの事よくわからないまま書いているのですが、量子力学の特徴である、複数のパターンを同時に持ち合わせる”状態”という概念をコンピュータに応用したものが量子力学です。
この量子コンピュータでは、現在の最新のコンピュータで数千年掛かっても解けない計算がこの量子コンピュータでは数十秒で解けてしまう程の能力が実現できると言われています。
量子コンピュータスゴイ。
是非筆者が生きているうちに実用化されるレベルになってほしい。
量子コンピュータが実用化されている世界を見てみたいなーと時々妄想してしまいます（笑）
ということで、今回はSF・都市伝説好きな筆者の量子力学のがいかに人知を超えたとんでもない学問かという紹介でした！
