0:00:07.255,0:00:10.812
ハイゼンベルクの不確定性原理とは[br]量子力学に端を発し

0:00:10.812,0:00:14.686
ポップカルチャーにまで浸透した[br]思想の一つです

0:00:14.686,0:00:18.112
それによると物質の[br]正確な位置と正確な速度を

0:00:18.112,0:00:22.893
同時に知ることは不可能であり[br]また あらゆることの比喩として

0:00:22.893,0:00:26.409
文芸評論やスポーツのコメントにも[br]使われています

0:00:26.409,0:00:29.429
この不確定性は通常[br]測定によってもたらされたとされ

0:00:29.429,0:00:34.561
物質の位置を測定すると[br]速度を変えてしまう その逆も然りです

0:00:34.561,0:00:38.378
本当の起源はもっと深遠であり[br]驚くべきものです

0:00:38.378,0:00:41.759
不確定性原理は[br]この世のあらゆるものが

0:00:41.759,0:00:46.318
同時に粒子としても波としても[br]振る舞うがゆえに存在します

0:00:46.318,0:00:50.458
量子力学においては正確な位置と[br]物質の正確な速度というものには

0:00:50.458,0:00:51.896
意味がありません

0:00:51.896,0:00:53.147
これを理解するには

0:00:53.147,0:00:57.053
粒子や波のように振る舞うという意味を[br]考えてみる必要があります

0:00:57.053,0:01:01.857
粒子はある瞬間に[br]一か所に存在するものだと定義されます

0:01:01.857,0:01:05.286
これは特定の場所で[br]物質が見つかる確率を表す

0:01:05.286,0:01:09.030
スパイク状のグラフで表すことができるため

0:01:09.030,0:01:13.707
ある位置で見つかる確率は100%[br]残りの場所では０となります

0:01:13.707,0:01:17.621
一方 波は湖面の波紋のように

0:01:17.621,0:01:20.338
空間に広がっているのです

0:01:20.338,0:01:23.767
人は波のパターンをはっきりと[br]とらえることはできますが

0:01:23.767,0:01:25.933
最も大切なのは[br]その波長であり

0:01:25.933,0:01:28.640
これは波が持つ並んだ[br]２つの山の間の距離 または

0:01:28.640,0:01:30.459
２つの谷間の距離でもあります

0:01:30.459,0:01:33.017
しかし 一つの場所に[br]特定する事はできません

0:01:33.017,0:01:36.282
様々な別の場所にも[br]確率的に存在します

0:01:36.282,0:01:39.099
波長は量子力学には[br]欠かすことができないものです

0:01:39.099,0:01:42.419
実は 物質の波長は[br]その運動量に関係があり

0:01:42.419,0:01:44.024
これは質量×速度で表せます

0:01:44.024,0:01:46.909
ですから 速く動く物質は[br]運動量が大きく

0:01:46.909,0:01:50.019
これは波長が短い事を意味します

0:01:50.019,0:01:54.559
また重い物は動きは遅くとも[br]運動量が大きいのです

0:01:54.559,0:01:57.156
これも波長が短いことを意味します

0:01:57.156,0:02:00.927
そのため身の回りの物質が持つ[br]波の特性には気づくことがないのです

0:02:00.927,0:02:02.644
例えば ボールを[br]空中に放り投げると

0:02:02.644,0:02:07.029
その波長は一兆分の一兆分の[br]そのまた十億分の一メートルとなり

0:02:07.029,0:02:09.364
これだけ短いと検知することはできません

0:02:09.364,0:02:12.324
しかし 原子や電子といった小さな物質は

0:02:12.324,0:02:16.142
物理実験で観測できる波長を[br]持っています

0:02:16.142,0:02:19.475
つまり 純粋な波があれば[br]その波長を測定することができます

0:02:19.475,0:02:23.101
すなわち 運動量はわかるものの[br]位置は確定しません

0:02:23.101,0:02:25.248
粒子の位置については[br]よくわかりますが

0:02:25.248,0:02:28.489
波長を持たないため[br]その運動量は不明とされます

0:02:28.489,0:02:31.600
位置と運動量の両方を持つ[br]粒子を得るには

0:02:31.600,0:02:33.760
２つの図をあわせてやり

0:02:33.760,0:02:37.163
ごく狭いエリアに波があるグラフを[br]作成する必要があります

0:02:37.163,0:02:38.800
どうすればいいのでしょうか？

0:02:38.800,0:02:41.554
それは異なる波長を持つ波を[br]組み合わせる事で

0:02:41.554,0:02:46.528
これは量子的物体に異なる運動量を持つ[br]可能性を与えることを意味します

0:02:46.528,0:02:49.282
２つの波を足し合わせると

0:02:49.282,0:02:52.055
山が並んで大きな波を作り出す[br]場所があることに気づきます

0:02:52.055,0:02:55.821
また山が谷を埋めてしまう[br]場所もあります

0:02:55.821,0:02:58.279
その結果 波がある場所と

0:02:58.279,0:03:01.106
全くないところに分けることができます

0:03:01.106,0:03:02.590
３つ目の波を加えると

0:03:02.590,0:03:05.709
波を打ち消す範囲が広くなり

0:03:05.709,0:03:09.891
４つ目で波を打ち消す範囲は広がり[br]波の範囲の間隔が狭くなります

0:03:09.891,0:03:13.089
このように波を加え続けていくと

0:03:13.089,0:03:16.168
ある狭い範囲にはっきりとした[br]波長の波束を作ることができます

0:03:16.168,0:03:20.224
これこそ波と粒子の性質を持つ[br]量子的な物体です

0:03:20.224,0:03:23.311
しかし これを行うと

0:03:23.311,0:03:25.805
位置と運動量の双方の確実性が[br]失われてしまいます

0:03:25.805,0:03:28.223
この位置を一点に[br]限定する事はできません

0:03:28.223,0:03:30.918
ただ波束の中心付近のある範囲に[br]それを見い出せる

0:03:30.918,0:03:32.837
確率が高いことを示しているだけです

0:03:32.837,0:03:35.586
なお 複数の波を足していくことで[br]波束をつくった場合

0:03:35.586,0:03:38.012
その内のどの単一の波についても

0:03:38.012,0:03:41.291
対応する運動量があって[br]ある確率で見出されます

0:03:41.291,0:03:44.740
さあ これで位置と運動量[br]双方が不確定となり

0:03:44.740,0:03:46.816
これらの不確定性が結びつきました

0:03:46.816,0:03:49.209
位置の不確定性を[br]減少させたいと思えば

0:03:49.209,0:03:52.628
波をさらに加えて[br]波束をさらに小さくする必要がありますが

0:03:52.628,0:03:54.865
そうすると運動の不確定さが増します

0:03:54.865,0:03:58.047
運動量の精度を高めようとすると[br]波束が大きくなってしまい

0:03:58.047,0:04:01.012
今度は位置が確定しなくなるのです

0:04:01.012,0:04:03.221
これがハイゼンベルクの不確定性原理です

0:04:03.221,0:04:08.207
1927年にドイツの物理学者[br]W. ハイゼンベルクが提唱しました

0:04:08.207,0:04:12.589
この不確定性は測定の[br]精度の問題なのではなく

0:04:12.589,0:04:17.107
粒子と波の特性が結びついた[br]結果なので避けることはできません

0:04:17.107,0:04:20.663
不確定性原理は[br]測定の限界を示すだけではありません

0:04:20.663,0:04:23.733
物質が持ちうる特性の限界であり

0:04:23.733,0:04:28.157
これは宇宙の基本的な仕組みに[br]組み込まれているのです