量子力学とは?

量子力学とはミクロの世界の物理学のことである。
物質の単位を小さくして言って、 原子や電子以下の単位の世界をざっくり言って量子といい、量子の世界で何が起きているのかを説明するのが量子力学である。


量子力学はファインマンという天才物理学者に言わせれば、へんてこな世界で、いわゆる人智の及ばない神の領域ということになっている。
よって、量子力学のことを本当の意味で理解している人類はそもそも存在しないということである。

量子力学については物理学の一分野であり、原子や分子、素粒子といった微小な物質の振る舞いを扱う理論だ。

古典物理学で説明できなかった原子や分子の不思議な現象を説明するために、20世紀初頭に誕生しました。

量子力学は、波動関数と呼ばれる数学的な式を用いて、物質の波動性やエネルギーの量子化、不確定性原理などを説明します。
また、量子力学は、物質が波動として振る舞うことを示す「波粒子二重性」や、物質とエネルギーが等価であることを示す「質量-エネルギーの関係式(E=mc²)」など、驚くべき発見をもたらしました。

量子力学は、現代の科学技術に大きな影響を与えており、半導体やレーザー、原子時計などの発展に貢献しています。
また、量子コンピューターの開発や量子暗号通信など、未来の技術の発展にも期待が寄せられています。

量子の世界のイメージ

量子力学の世界のイメージ
量子の世界では、あるものの状態が目に見えている時はものとしての粒子という形をとって物質世界で顕現しているが、それと同時に目に見えていない状態も存在し、目に見えていない状態を波として表現している。
量子力学では、波として存在している状態も同時に存在するとされている。
イメージとしてはバテンカイトスのような精神世界のことであろう。
つまり、物質世界と同時に、精神世界も平行して存在しているのがこの世のあり方であるという考えである。


言い換えれば、ものとして目に見えない状態でも、 精神世界としてものが存在するということも量子力学では証明されている。
これは今までの物理学では考えられない理論である。



二重スリットの実験について

二重スリットの実験のイラスト
量子力学を語る上で二重スリット実験は、 極めて有名な話である。
二重スリット実験とは、光をスクリーンに映し出す時に、 スリットと呼ばれる穴を開けて光がどのように映るかを観察する実験であるが、 2重スリットとは二つの穴を開けて二つの穴から漏れ出た光がお互いに干渉しあうことでスクリーンに映し出された光が変化するという実験である。

» 量子力学の実験である事象生成実験については、詳しくは下記の記事を読んでください。

不確定性原理

不確定性原理とは、量子力学において代表的な性質であり、量子の位置を観測しようとするとどのように運動しているかが分からず、逆に量子の運動量を観測しようとすると量子の位置がわからなくなるという性質である。
つまり、 量子の運動量と性質を同時に確定することができないということだ。
なぜそのようなことが言えるかといえば、量子は波の性質を持っているからであるということだ。
まったく、量子力学とは現実世界の実感として考えれば、実感できない意味不明なことを言っているようである。


しかし、この理論に基づいて考えれば、テレポーテーションやタイムリープといった物理学では考えられない現象が現実に存在していると言える。

不確定性原理における波の性質とは?

波というのは、波がどこにあるかという位置を特定した時に、波自身がどのような動きをするのかはわからなくなり、波がどのような動きの状態にあるのかを特定した時には、波の位置が特定することができないとされている。
このような波のような性質が量子力学においてあると言われている。


なぜ、量子力学における波の性質については、そのような曖昧な表現をしているのかといえば、ミクロの世界においては、その曖昧さを確定できないからである。
つまり、古典力学と違い量子力学では、自然の本質は曖昧であるという考えである。
逆に言えば、自然の本質において確定しているものは存在しないとも言える。
つまり、我々の存在すべては、曖昧な存在であるということである。



量子力学における波とは一体何なのか?

量子力学において重要な性質となる波の働きについて、シュレーディンガーと言う物理学者が 波動方程式というものを用いて説明していく。
波動方程式について簡単に言えば、ダークファルスルーサーが言っている魔道方程式の基本原則ことである。

コペンハーゲン解釈による波動方程式の定義

結局のところ曖昧な波動方程式の理論を、定義したのがコペンハーゲン解釈というものである。
コペンハーゲン解釈では、量子力学の波についてを確立の範囲で表している。
つまり、 電子の位置は、その電子の位置がそこに存在する確率が0%ではない場合は、確率として存在し、可能性として重なり合っているという考えである。
コペンハーゲン解釈の説明



言い換えると、電子の位置は複数存在する状態が同時に存在しているということである。


そのような複数同時に確率として存在している状態をすべて包括的に確定した状態を波の存在としてとらえている。
そして、その波の状態を観測した時にはじめて、電子の位置がどこにいるかが確定するということがコペンハーゲン解釈の本質である。
つまり、可能性がある全ての状態が同時に重なり合っている状態を観測した時に状態が決まるということである。


別の表現で例えるなら、ミクロの世界とは、その状態そのものが曖昧であるということである。



シュレディンガーの猫について

量子力学において、有名な話がシュレディンガーの猫という逸話である。
量子力学の思考実験のために、シュレディンガーは鉄の箱に猫と毒ガス発生装置を入れた。
毒ガス発生装置は、50%の確率で原子核崩壊が起きた時に、毒ガスが発生するという仕組みである。
この状態で猫は、生きている状態と死んでいる状態の二つの可能性が重なって存在していると言う実験である。


ここで何が言いたいかといえば、猫が生きているか死んでいるかは確定してない状態では二つの可能性が同時に存在するということである。
もしも、 箱を開けて中の様子を見ると、猫が生きているか死んでいるかのどちらかが観測できて、猫の状態が確定してしまうということである。


しかし、 現実として猫が生きているか死んでいるかを、観測しないと確定しないというのは、おかしい話なので、多世界解釈と言う考えが生まれた。

多世界解釈とは何か?

多世界解釈とは、猫が生きている状態と死んでいる状態のどちらの世界も同時に存在するという意味である。
同時に存在するということは、 猫が生きている世界において、猫が死んでいる世界は別のパラレルワールドという世界であり、その平行世界が同時に存在しているということである。


パラレルワールドは、可能性の数だけ世界が分岐して同時に存在するということである。
その一つ一つの世界が複数同時に存在するというのがパラレルワールドのの世界の解釈であるという考えである。


しかし、科学の世界においては検証が不可能であるため、平行世界の証明は不可能であるとされ、この考えはそもそも科学的ではないという批判がある。
あくまでも多世界解釈とは哲学の範囲の考えである。



    

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