人格不定なヲタクと!!
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量子論について
佐藤勝彦氏監修の
「量子論」を楽しむ本
を読みました
ややこしい理論なので自分で整理する意味も込めて書いてみます

端的に言えば、ミクロの世界では私たちの常識とはかけ離れたことが起きるということです。

以下の領域は文系な人はスルーした方がいいかもですよ?


僕は宇宙とか電気とかの理科系の本と戦争物の本が大好きです。てかそんなのばっか読んでます。
試験中に読破したのはミクロの理論である量子論。このミクロの理論が究極のマクロである宇宙に密接に絡んでくるんだから不思議。
半導体とかも量子論の成果を使っているから現代人の生活には不可欠。その一方、量子論に貢献した学者は
「量子論を利用できる人はたくさんいるが、量子論を理解している人は一人もいないだろう」
と言っています。創った本人も意味不明なんです。



電子の研究から事は始まりました。
電子は粒子と考えられていましたが、波特有の性質である干渉をするなど、どうやら波の性質を持つことが分かってきました。それは光も同様。どうやら物質は全て粒子と波の性質を両方もっているらしい。マクロでは全く影響がないけどミクロではそれが大きな意味を持ってくる。野球ボールくらいだとその波長の大きさは原子の1兆分の1の1000億分の1らしい。だから今までの「古典物理学」の学者達は気付かなかったんですね。

物質波に関して、そこに偉大な学者が登場。
シュレーディンガー氏は波動関数ψ(プサイ)を求めるシュレーディンガー方程式を考案。これを使うと原子のk殻とかl殻とかの存在理由(?)の説明がつく。波動関数には虚数iを使っていたりするので「次元の違う波」でありその波の形を関知できる人はいません。本人も波動関数が何かを表していると考えながらも何を表現しているかは分かりません。
別の学者が波動関数が表す意味を探求することを放棄して別の考え「波動関数の確率解釈」を考案。これは波動関数の絶対値を自乗したものは電子がその場所に存在する確率に比例するというもの。
というのは、電子は「波」なので広がっています。広がりつつも、人が観測すると必ず一点になります。箱の中に電子を一つ入れ、後から仕切りを入れる。波動関数の確率解釈により、左:右=4:6になったとすると電子の発見される確率も4:6になるらしい。実験結果が正しいんだからその理論も正しいと認めざるを得ない。これは「電子の場所を確率的にしか推定できない」という意味ではなく「電子の位置は確率的に決定される」という意味らしい。
今の学者の意見の大勢は「人が電子を観測すると電子の波(波動関数)は収縮する」「人が見ていない時だけ電子は波の様に広がる」というご都合主義(?)の様な考えです。でも実際それは矛盾が無いのだから正しいのでしょうか。これを「コペンハーゲン解釈」と呼びます。
また電子は波動関数の確率解釈によって表される「場所Aにいる状態」と「Bにいる状態」が重ね合わさっている、と言うのです。この証拠として電子をダブルスリットに入れると一個の電子なのにもかかわらず干渉します。これは右を通った電子と左を通った電子が干渉しているというのです。何とも不思議。
また、これは「AとBに同時にいる」というわけではなく「一個がAに居る」「1個がBに居る」という状態が同一電子で共存しているらしい。
しかし、光を当てて実際に観測しようとするとたちまちその波の性質が無くなる。

結論として、自然は非常に曖昧である、らしい。今までの物理学だと例えば球を投げるときだと初速度と角度と加速度を指定すれば予測できた。しかし量子論ではできないと考える。これにはアインシュタインなどから反対されました。

有名な、「シュレーディンガーの猫」は量子論でたびたびとりあげられます。
これは鉄の箱の中に猫と放射性元素を入れ、1時間放置します。放射能を出す確率は1時間で50%、放射能が出たら猫は必ず死にます。
量子論的解釈ではふたを開ける前は「猫が生きている状態」と「猫が死んでいる状態」が50%ずつ「重ね合わさっている」と考えます。これは「半死半生」ではなく「生きながらも死んでいる」という事になります。
そして蓋を開けた瞬間、波動関数は「収縮」し、その瞬間に原子核崩壊の有無、そして猫の生死が決定される、と言います。
猫にしてみればとんでもない話ですね。

このパラドックスは長年の間学者を悩ませてきました。

その画期的解決方法は
「多世界解釈」言い換えれば「パラレルワールド」
です。SFとかに良く出てきますね?
これは猫の話では「原子核崩壊しなかった宇宙」と「した宇宙」が「枝分かれ」する、という事です。
分かれた同士はお互いを観測できないため、本当に分かれているかは分かりません。つまり証明もできなければ矛盾点も探せません。
多世界解釈によるダブルスリットの解釈は、「結果的に全く同じ状況になる場合に限り、分かれた世界は再び重なり合い、異なる過去を持つ電子と干渉する」というものです。

ただ、これはあまりにも突飛なので支持する学者も少ないようです。あくまで主流はコペンハーゲン解釈。
しかしこの種の「解釈問題」は答えが無いとも言えるので、むしろ量子論の結果をどう活用するかに重点を当てた方が有意義だと言えます。


量子論に基づけば高校の化学で習ったような原子の構造、原子核を太陽とし、惑星のように電子が回るという図はどうやら違うみたいです。
超流動や超伝導、そして半導体も量子論のお陰です。
そして今までのコンピューターとは比較にならないほど高速の「量子コンピューター」も研究中です。世界で使われている「暗号」の存在意義を無にするほどの威力。今の暗号は端的に言えば素因数分解で、今のスパコンだとそれに何千年もかかりそうなのが一瞬で終わると言ったほどです。
あと面白いのはトンネル効果。本来ならエネルギーの壁があり到達できないところにものが行ってしまうのがトンネル効果。エネルギーの壁の外の波動関数がゼロじゃないからたまに出て行ってしまうみたいです。そもそも原子のα崩壊はトンネル効果からだとか。
あとインフレーション。真空の「無の揺らぎ」は真空中でふとした短い間に粒子と反粒子(例えば陽電子と電子 陽子と反陽子)が生成して対消滅することです。陽電子とかの存在は実際に観測されています。


まぁこんなのが量子論の骨子らしいんですが・・・・・・・・
常識を超越した概念なのでよく分かりませんねw
分かったような分からないような。
上に書いたように
「量子論を利用できる人はたくさんいるが、量子論を理解している人は一人もいないだろう」
ということでしょう。
20世紀には量子論と相対性理論という革命的な理論が誕生し、科学全体を牽引してきました。
21世紀にはまた画期的なのが誕生するのでしょうか?
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by wotakura | 2006-10-20 21:10 | ニュース・社会
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