先日は、レーザーという技術そのものが量子力学によって
成り立っている・・・という話をしました。
ちょっと難しかったかも？ですが、意外にも評判が良かったｗ
(* ´艸｀)ﾑﾌﾌ
っで、量子力学って難しい学問？って思われますが、
実はある意味「この世は本当は何で構成されてるか？」
その真実を純粋に追求してるだけなんです。
ヾ(*´∀｀*)ﾉﾍﾗﾍﾗ
その昔・・・地球が平面だと思ってたら実は球体だった。
地球が宇宙の中心だと思ってたら割と銀河の端っこだった。
そうやって仮説から実験、実証を経てちょっとずつ
この世の真実を紐解き、叡智の地図を描いているようなモノ。
・
当時から、生まれてから死ぬまで地球が惑星で球体だとは
知らなかった人も居たけど、知らずに不幸だったとは思わない。
生きて行く上で必須か？と言われたら微妙だけど、知る方が
より世界の見え方が広く深く理解できる。
絶対の不変だと思ってた事が、そうでも無いと思えたり
この地球が、生命が、家族が、自分が生まれて来れたのも
奇跡中の奇跡とも実感しやすい。
自分が知り得た世界が全てだとは限らず、凝り固まった常識や
知識の、人生の・・・・・良いスパイス。と感じて頂ければ・・。
・
なので、今までの我々の知ってる常識とは違う？と判り
直観に反する現象が沢山出て来て・・・スンゲーおもろい。
・
まぁ・・・
学者さんのお偉い人たちの中では、おもろい世界があるんだね？
って話じゃ無くて机も椅子も建物や街も世界も宇宙も、そして貴方も・・・
実際に摩訶不思議な量子世界の集合で出来てるの。
(´･ω｀･)ｴｯ?ﾏｼﾞﾃﾞ？
昭和の時代に私が習った物理化学も生物も科学も・・・・
現在では、かなり違うし実際、量子力学の話は高校物理では出ない筈。
・
どちらかと言うと物理化学好きって、この世の全ては綺麗な数式で
表せて、もはや計算できない事は無い！っと思ってるはず。
まぁ・・・・１９世紀までの学者も今まで解明してきた（古典）物理を
これこそが！この世の真実だ！と、そう信じてたの。
┐(´д｀)┌ﾔﾚﾔﾚ
実際、物理化学が得意な学生は大学で量子力学を習うと、今まで学んだ
数式で全て説明できると信じてたのと違い過ぎて、面食らうらしい。
「習って来た事と全然違うじゃねーか！真実じゃなかったのかよ！」っと
┐(´д｀)┌ﾔﾚﾔﾚ
でもね？もう１００年以上前のアインシュタインの時代には
既に量子力学はドンドン確立されてて、当時から立派な学問として
今でもキチンと理論的に説明が付く。
実際、今あるテクノロジー は全て量子力学が無いと成立しない。
スマホもパソコンも自動車も核兵器さえも・・・
マジのマジな本当の話。
・
え？っと思うかも知れませんが、実は原子は最小単位ではなく・・・・
もっと小さい「量子」と言うミクロな世界があり、ソコでは現実では
理解できない超～不思議な事象が沢山あって・・・・
光は波でもあり粒子でもあり・・・・
観測されると粒子になるとか・・・
超えられない筈の壁を確率でスリ抜けたり、染み出したりしてるとか・・
位置を決めるとエネルギー量が判らず、逆を求めると位置が判らなくなるとか・・
なんじゃあ？そのフワフワとした確率の存在ってなんだよ！
Σ(￣ロ￣lll)ﾅﾆｿﾚ
しかしスピリチュアルでも無いし学者の妄想でも無く、ちゃんと数式で
次々に 証明され計算結果もバッチリ合うマジの「この世の真実の話」です。
(￣~￣；)ｳﾑﾑ
っとは言うモノの・・量子力学の世界は、レーザーの仕組み以上に 不思議です。
今日はその中でも有名な「二重スリット実験」の話をしてみます。
ヾ(*´∀｀*)ﾉ
・
まず最初に言っておきます。 この話は、理解できなくても普通です。
どちらかと言うと常識人であればあるほど、理解が難しい筈です。
(*´σｰ｀)ﾎｯ♪
実際、量子力学を研究している物理学者ですら、「なぜそうなるのか？」
に ついては今でも議論を続けています。
そう言うモンなんだろう？っと丸暗記 するのも良いですが、
これが「この世って何で出来てるか？」の核心に近い探求で
少なくとも今も研究されてる本当のミクロな世界から見た
「現実の話」なんだと覚えて下さいね。
β(□-□ ) ﾌﾑﾌﾑ
では、摩訶不思議な量子の世界へ・・・
二重スリット実験とは、元々は「光は波である証明実験」でした。
部屋の真ん中に仕切り壁を作り、その壁に細い隙間を二本開け、その向こう側に
スクリーンを壁一面に貼った部屋を作ります。
私達は仕切り壁の手前の部屋で、目の前の仕切り壁の二本のスリットから
向こうのスクリーン壁がチラ見えしてる感じ。
β(□-□ ) ﾌﾑﾌﾑ
まずは光で考えてみましょう。
コッチの部屋から光を二つのスリット隙間に通すと、二つのスリットから
二本の光が伸びて、向こうの部屋のスクリーンにクッキリと差し込むだけ？
いえいえ、実験するとスクリーンには、ぼんやり明るい部分と暗い部分が
交互に並ぶ縞模様が現れます。
これは池に石を二つ投げ入れた時にできる波紋と同じで、２つのスリットを
通った「波」が重なり合った時に、その２つの波が干渉しあって起きる
「干渉縞」と言う現象です。
もし電子が粒子として一粒ずつ飛んでたら、互いに干渉するなんて筈が無い。
そのため、昔の科学者たちは、「だから光はきっと波なのだろう」と考えました。
β(□-□ ) ﾌﾑﾌﾑ
ところが後世にアインシュタインによって「光は粒の性質も持っている」ことが
分かります。
さらに不思議なのは・・・ここからです！Σ(￣ロ￣lll)ｺﾞｸﾘ
・
ならば、光を確実に一粒ずつ、飛ばしたらどうなるのでしょう？
現代の技術では激弱いレーザーを作れば、光の最小単位である 光子（フォトン）の
粒子を一個ずつ発射できるのです。
もし光子が単なる粒なら・・・・ピストルの弾みたいに一発ずつ
スクリーンに弾痕のように残るだけ。
波である干渉が起こる縞模様は絶対に、できないはずです。 (￣~￣；)ｳﾑﾑ
パスン！・・・パスン・・・！ランダムに一発ずつ撃ちだされ、
２つの内どちらかのスリットを通った粒子がスクリーンに当たって・・・
向こうの部屋のスクリーンに当たった点の跡が残る。
(*・ω・)(*-ω-)ｿﾘｬｿｰﾀﾞ
ところが実際には、一個ずつ飛ばして一発ずつ当たっているにも関わらず、
無数に打ち続けた点の痕跡が・・・最終的には同じ干渉縞が現れます。
(´･ω｀･)ｴｯ????ﾄﾞｰｲｳｺﾄ?
最初のうちスクリーンには、小さな点がポツ、ポツ、と現れるだけです。
β(□-□ ) ﾀﾞﾖﾈｪ?
しかし数万回、数十万回と繰り返していくと、その一つずつの点跡が
やがて波が干渉した時と同じ（点描画みたいな）縞模様が浮かび上がってきます。
Σ(￣ロ￣lll)????ｲﾐﾜｶﾗﾝ?
ん？なんで？どっちか片方のスリットを抜けてスクリーンに当たった点の跡なのに？
干渉って・・・何と干渉したのよ？つーか２つのスリットの間、確実に壁なのに
その直線状では当たる筈のない真ん中に当たった跡が一番多いって？？？？？
はぁ？どっちかのスリットからしか抜けられないのに？？？？どこ抜けてんのよ！
当時の学者も頭をフル回転させても理解できません。
(￣~￣；)ｳﾑﾑ
じゃあ・・・光の粒だけ特別なのでしょうか？実はそうでもありません。
今度は、電子単体一個で同じ実験をしてみます。電子と言えば、原子の周りに
（クルクルは回ってないけど）存在する粒です。電子の集まりが電気ですね。
普通に考えれば・・・・波というより電気って言うと粒のイメージですよね。
今度こそ・・・・
ところが・・・・・電子でも光子と全く同じ結果が得られます。
当たる筈のないスリットとスリットの間の壁の向こう側に最も当たって、
無数に当たった点跡を観ると、全体像として干渉縞がクッキリ浮かび上がるの。
もっとも、別の物質の最小単位の量子状態を飛ばしても全く同じ結果になります。
Σ(￣ロ￣lll)ｶﾞｰﾝ
しかも研究者たちは、
「もしかするとタイムラグで電子同士が互いに影響し合っているだけでは？」 と
考えました。
・
そこで電子をランダムですが、確実に一個ずつ一発ずつ発射してみたのです。
前の電子がスクリーンにパスーンと到達してから、次の電子を飛ばすほど、
ゆっくりと・・・・・確実に一発ずつ。それでも干渉縞は現れました。
((((；ﾟДﾟ))))ｴｰｯ?ｺﾜｲｺﾜｲ!
つまり電子は確実に単発で、他の電子とも一切、出会っていないのです。
では、一体・・・・・・・何と？？？何と干渉しているのでしょう？
ここから先が量子力学の本当に不思議な部分です。
・
電子はスクリーンに到達した瞬間には、必ず一点の粒として観測されます。
β(□-□ ) ﾌﾑﾌﾑ
しかし、観測結果で波特有の干渉縞が出来ている以上・・・・飛んでいる途中は、
波として扱わないと実験結果を説明できません。
スリットとスリットの間を貫通した？ように、粒なら当たる筈の無い位置に
当たった痕跡で干渉縞はクッキリ残る。
電子を一発ずつ撃ったのに？スローで見るとスリットまでは確かに粒子の筈で
・・・・スクリーンにパスン！と当たると点の跡なので間違いなく粒子の筈。
でも、両方のスリットを通る時は波として通過して互いに干渉し合わないと
干渉縞の痕跡には成らない。
スクリーンには粒として点の跡が見つかるのに、直線状には通れる筈の無い
２つのスリット間の壁の向こうにも当たってるし、点の跡なのに・・・
全体的に見ると・・・・点描状に干渉縞が形成されてるので、
Σ(￣ロ￣lll)ｷｬｰ!!ﾅﾆｺﾚ???
どうやっても「きっと波だ」として計算しなければならない。
なぜ？不思議・・・私たちの日常感覚では、なかなか理解しづらい話です。
さらに研究者たちは、
「では電子がどちらのスリットの隙間を通った瞬間に粒子なのか調べてみよう」
と考えました。貴方もそう考えたでしょう？
(* ´艸｀)ｳﾝｳﾝ
ところが、どちらを通ったのか分かるようにスローで見てみると・・・
その途端に・・・・
誰もが想像する粒子一発で、干渉縞が全く消えて、フツーに
パスン！パスン！っと一発ずつスリットを通った痕跡だけに
なってしまいます。マジで？コッチが見てるの知ってる？？？
(´･ω｀･)ｴｯ?ﾅﾝﾃﾞ?
実際、量子力学を研究している物理学者ですら「なぜそうなるのか？」
に、ついては今でも議論を続けています。
（正確に計算方法や実験結果の説明は非常によく分かっています。
ただし「波動関数とは何なのか？」「観測とは何なのか？」など、
その意味や解釈については今でも議論が続いています。）
・・・
さらに研究者たちは、
「では電子がどちらのスリットの隙間を通った瞬間に粒子なのか
センサーで調べてみよう」と考えました。
ところが、どちらを通ったのか分かるように観測装置を置くと・・・
その途端に・・・・誰もが想像する粒子一発で、干渉縞が全く消えて
フツーにパスン！パスン！っと一発ずつスリットを通った痕跡だけに
なってしまいます。
(´･ω｀･)ｴｯ?ﾅﾝﾃﾞ?
人間が見ていなくとも、言ってしまえば観測結果を誰も見てなくても・・・
さっきまでの干渉縞が出来る波のような振る舞いが全く見えなくなり、
まるで普通の粒のような誰もが想像できるような、スパン！スパン！
っと淡々と直線的に、誰もが想像できるフツーの痕跡結果になるのです。
え？
スリットを通ったか？調べただけで、当たった痕跡結果が変わるの？
人間が見てなくても？観測結果をデーターに採ってなくても？？？
そう思われるかもしれません。
実際、多くの学者も、ソコで首をかしげます。何度、実験しても同じ。
(￣~￣；)ｳﾑﾑ
神様でも観てるの？？？？？例えば人間がスリット通過時に
観測しなくて、どちらを通ったかをセンサーみたいなモノを設置して
人間が観測結果を観ていなくとも・・・・同じ。
センサーの通った結果を人間が知らなくても同じ。
観測しようとしただけで・・・干渉縞の不思議現象は消えてしまう。
（ここで言う「観測」とは、人間が見たかどうかではありません。
電子が観測装置などと相互作用して「通った情報が外部に残る状態」を
指します。）
だから量子力学は不思議なのです。
・・・
しかしスピリチュアルでも無いし学者の妄想でも無く、ちゃんと数式で次々に
証明され計算結果もバッチリ合うマジの「この世の真実の話」です。
（もちろん科学は常に更新されるので絶対真理とは言えませんが、
現在の実験精度では極めて高い確率で正しい≒真実に最も近い
と考えられています。）
・・・
現代の英知をもってしても量子の計算がバッチリ出来るのみで・・・
なぜそうなるか？誰にも判っていません。
┐(´д｀)┌ﾔﾚﾔﾚ
（正確には「どう振る舞うか」は驚くほど正確に計算できるのに、
「なぜ自然界がそのルールに従うのか？」という根本部分が未解明なの。）
・・・
スリットとスリットの間を貫通した？ように、粒なら当たる筈の無い位置に
当たった痕跡で干渉縞はクッキリ残る。
（実際に壁をすり抜けている訳ではありません。電子を波として扱うと、
その確率分布が干渉して、この不思議な干渉縞の痕跡模様になります。）
・・・
どうやっても理解は出来ないけど・・・だけど、最先端科学でも裏付けられてる
認めるしかない真実に限りなく近いとされる事実。
苦労して買ったローンが残ってる自宅も、愛くるしい猫も・・・
ガミガミとウルセー小姑の婆も、過去の偉人たちも・・・
そして貴方も、宇宙も・・・・・・・それで出来てる。
ヾ(´∀｀)ﾉﾍﾗﾍﾗ
今のところ、量子のミクロな背外より遥かに大きい、私たちのような
巨大な物体ではミクロのひとつずつの量子効果は、ほぼ平均化されるため、
「日常生活では古典物理の方が圧倒的に使いやすく正確」です。
<(｀^´)>ｴｯﾍﾝ
だから普段は実感として量子っぽさを全く感じませんよね？
でも・・・・小さく小さくミクロの世界になってくると・・・
量子の現象が現れて、小さいモノ同士は干渉しあうのです。
ICチップとか電子顕微鏡のレベルになると確実に・・・・
古典力学の方程式では影響でズレが大きすぎて全く使えなくなる。
ヾ(*´∀｀*)ﾉｱﾊﾊ、ﾅﾝﾃﾞﾀﾞﾛｰﾈ?
とにかく、ミクロな量子の世界は本当にそうなってる。
きっと神さまがが作ったのよね。では、解明できない。
かのアインシュタインも（彼は量子力学を否定していたので無く
大きく貢献した量子学の生みの親の一人とされていますが）
この世の全てが不確定要素満載の波動関数・確率分布で出来ている？
事が、もどかしく「神様はサイコロは振らない」っと名言残したほど。
んね？不思議でワクワクする世界しょ？
