Quantumの説明のように「スクリーンには、普通の粒子の場合と同じ一本の線ができる」では、スリットを二重にしても二つの経路が交錯しないため、二重スリットにおいて干渉縞が生じなくなる。 どうやら、Dr. Quantumは、この実験の大前提を理解されていないようである。 「発射された一個の電子は、スリットの前で波となり、同時に2つのスリットを通りぬけて、干渉を起こし、スクリーンにぶつかるときは1個の粒子に戻った」とする仮説は、実験事実に基づかない唐突な仮説である。 「発射された」時点で「一個の電子」に波動性がなく「スリットの前」に達してから「波とな」るとする仮説は二重スリット実験の結果からは生まれ得ない珍説だが、Dr. Quantumの解説ではその仮説を提示する合理的理由が示されていない。 そもそも、文章で「波」と説明しておいて絵が2個の粒子なのはおかしい。 下の図(上側が電子の発射源で下側がスクリーン)の水色の部分のように空間的に広がりのある波として絵が描かれていれば、まだ、マシなほうだ。 そして、発射直後から波として着弾直前まで広がり続けた後に、「スクリーンにぶつかるとき」に上の図で赤で示したような「1個の粒子に戻った」とするならば、一つの学説の説明にはなる。 しかし、Dr. 二重スリット実験 観測問題. Quantumの絵のような粒子状の「波」ではデタラメにも程があろう。 正しく量子力学を理解できているなら、Dr.
誕生から115年、天才たちも悩んできた どうしても「腑に落ちない」実験 むかし、大学で初めて量子力学を教わったとき、「二重スリット実験」が理解できずに苦労した憶(おぼ)えがある。 いや、古典的な「ヤングの干渉実験」なら、「波の重ね合わせ」の図を描いて勉強したからわかるのだけれど、水の波が量子の波になった瞬間、いきなりチンプンカンプンになってしまうのだ。 今回は、そのチンプンカンプンが「腑に落ちた」話を書こうかと思う。 だが、まずは古典的なヤングの干渉実験から説明することとしよう。トーマス・ヤングは、1805年に光を2つのスリット(縦長の切れ目)に当たるようにしたところ、2つのスリットを通り過ぎた光が「干渉」を起こして、最終的に縞々模様になることを発見した。 干渉模様ができるのは、それぞれのスリットを通り抜けた波が、互いに干渉し合うからだ。つまり、山と山(または谷と谷)が出会うと波が強くなり、山と谷が出会うと打ち消し合って波がなくなるのである。 この波の強さは、専門用語では「振幅」といい、光の場合でいえば「明るさ」に相当する。光の波が強め合う場所は明るくなり、弱め合うと暗くなるわけだ。 シュレ猫 「縞々模様ができたから、光は波にゃ? 二重スリット実験 観測装置. 」 そう、光の本質は波だということをヤングは証明した。 この実験の背景には、「光は粒子か波動か」という論争があった。たとえばニュートンは、光の本質は粒子だと考えていた。でも、ニュートンほどの大家であっても、たった一つの実験によって自説を撤回せざるをえない。ヤングの実験は、まさに科学の鑑(かがみ)みたいな実験だといえよう。 金欠が「量子」の概念を生み出した!? ところが、事はさほど単純ではない。この結論は、「量子」の実験になると一気に瓦解するのだ。 そこで、次に量子の干渉実験を説明しよう。といっても、光を使う点は同じだ。なぜなら、光も量子の一種だからである。 ただし、量子である点を強調するときは、光ではなく「光子」(photon)という言葉をつかう。研究者によっては、光子ではなく「フォトン」とだけよぶ人もいる。 量子版のヤングの実験では、電球みたいに一気に光を出すのではなく、光子を一粒ずつ発射する。 あれれ? 光は粒子ではなく波だと結論したばかりなのに、どうして一粒ずつ発射できるのさ。ヤングの実験はいったい何だったの? ええと、ヤングの時代には、量子という概念は存在しませんでした。量子という考えは、1900年にマックス・プランクが導いた公式に初めて登場する。 マックス・プランク photo by gettyimages それまで、エネルギーは連続的に変化すると信じられていたが、プランクは、エネルギーが飛び飛びに変化し、さらにはエネルギーに最小単位、すなわち「量子」が存在すると考えたのだ。 シュレ猫 「日本円に1円という最小単位が存在するのと同じかにゃ?」 似ているといえば似ているかもしれませんね。元・日産会長のカルロス・ゴーンさんみたいに90億円も報酬をごまかしていたら、1円なんてゼロに近いから、1円から2円への変化が「飛躍」ではなく無限小で「連続」に見えるかもしれないが、私みたいに月額8000円の携帯電話料金を3000円にして喜んでいるような人間にとっては、1円は立派な単位である。 要は、世界はアナログかと思っていたらデジタルだった。プランクがそこに気づいたということ。プランクさん、お金に困っていたんでしょうかねぇ。
それについては次の 二重スリット実験から見える「物」の本質とは へつづく。
35848/1882-0786/abd91e 発表者 大阪府立大学大学院 工学研究科 報道担当 理化学研究所 広報室 報道担当 お問い合わせフォーム 大阪府立大学 広報課 Email: koho [at] 名城大学 渉外部 広報課 Tel: 052-838-2006 / Fax: 052-833-9494 Email: kouhou [at] ※上記の[at]は@に置き換えてください。 産業利用に関するお問い合わせ お問い合わせフォーム
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