1
00:00:07,255 --> 00:00:10,812
ハイゼンベルクの不確定性原理とは
量子力学に端を発し

2
00:00:10,812 --> 00:00:14,686
ポップカルチャーにまで浸透した
思想の一つです

3
00:00:14,686 --> 00:00:18,112
それによると物質の
正確な位置と正確な速度を

4
00:00:18,112 --> 00:00:22,893
同時に知ることは不可能であり
また あらゆることの比喩として

5
00:00:22,893 --> 00:00:26,409
文芸評論やスポーツのコメントにも
使われています

6
00:00:26,409 --> 00:00:29,429
この不確定性は通常
測定によってもたらされたとされ

7
00:00:29,429 --> 00:00:34,561
物質の位置を測定すると
速度を変えてしまう その逆も然りです

8
00:00:34,561 --> 00:00:38,378
本当の起源はもっと深遠であり
驚くべきものです

9
00:00:38,378 --> 00:00:41,759
不確定性原理は
この世のあらゆるものが

10
00:00:41,759 --> 00:00:46,318
同時に粒子としても波としても
振る舞うがゆえに存在します

11
00:00:46,318 --> 00:00:50,458
量子力学においては正確な位置と
物質の正確な速度というものには

12
00:00:50,458 --> 00:00:51,896
意味がありません

13
00:00:51,896 --> 00:00:53,147
これを理解するには

14
00:00:53,147 --> 00:00:57,053
粒子や波のように振る舞うという意味を
考えてみる必要があります

15
00:00:57,053 --> 00:01:01,857
粒子はある瞬間に
一か所に存在するものだと定義されます

16
00:01:01,857 --> 00:01:05,286
これは特定の場所で
物質が見つかる確率を表す

17
00:01:05,286 --> 00:01:09,030
スパイク状のグラフで表すことができるため

18
00:01:09,030 --> 00:01:13,707
ある位置で見つかる確率は100%
残りの場所では０となります

19
00:01:13,707 --> 00:01:17,621
一方 波は湖面の波紋のように

20
00:01:17,621 --> 00:01:20,338
空間に広がっているのです

21
00:01:20,338 --> 00:01:23,767
人は波のパターンをはっきりと
とらえることはできますが

22
00:01:23,767 --> 00:01:25,933
最も大切なのは
その波長であり

23
00:01:25,933 --> 00:01:28,640
これは波が持つ並んだ
２つの山の間の距離 または

24
00:01:28,640 --> 00:01:30,459
２つの谷間の距離でもあります

25
00:01:30,459 --> 00:01:33,017
しかし 一つの場所に
特定する事はできません

26
00:01:33,017 --> 00:01:36,282
様々な別の場所にも
確率的に存在します

27
00:01:36,282 --> 00:01:39,099
波長は量子力学には
欠かすことができないものです

28
00:01:39,099 --> 00:01:42,419
実は 物質の波長は
その運動量に関係があり

29
00:01:42,419 --> 00:01:44,024
これは質量×速度で表せます

30
00:01:44,024 --> 00:01:46,909
ですから 速く動く物質は
運動量が大きく

31
00:01:46,909 --> 00:01:50,019
これは波長が短い事を意味します

32
00:01:50,019 --> 00:01:54,559
また重い物は動きは遅くとも
運動量が大きいのです

33
00:01:54,559 --> 00:01:57,156
これも波長が短いことを意味します

34
00:01:57,156 --> 00:02:00,927
そのため身の回りの物質が持つ
波の特性には気づくことがないのです

35
00:02:00,927 --> 00:02:02,644
例えば ボールを
空中に放り投げると

36
00:02:02,644 --> 00:02:07,029
その波長は一兆分の一兆分の
そのまた十億分の一メートルとなり

37
00:02:07,029 --> 00:02:09,364
これだけ短いと検知することはできません

38
00:02:09,364 --> 00:02:12,324
しかし 原子や電子といった小さな物質は

39
00:02:12,324 --> 00:02:16,142
物理実験で観測できる波長を
持っています

40
00:02:16,142 --> 00:02:19,475
つまり 純粋な波があれば
その波長を測定することができます

41
00:02:19,475 --> 00:02:23,101
すなわち 運動量はわかるものの
位置は確定しません

42
00:02:23,101 --> 00:02:25,248
粒子の位置については
よくわかりますが

43
00:02:25,248 --> 00:02:28,489
波長を持たないため
その運動量は不明とされます

44
00:02:28,489 --> 00:02:31,600
位置と運動量の両方を持つ
粒子を得るには

45
00:02:31,600 --> 00:02:33,760
２つの図をあわせてやり

46
00:02:33,760 --> 00:02:37,163
ごく狭いエリアに波があるグラフを
作成する必要があります

47
00:02:37,163 --> 00:02:38,800
どうすればいいのでしょうか？

48
00:02:38,800 --> 00:02:41,554
それは異なる波長を持つ波を
組み合わせる事で

49
00:02:41,554 --> 00:02:46,528
これは量子的物体に異なる運動量を持つ
可能性を与えることを意味します

50
00:02:46,528 --> 00:02:49,282
２つの波を足し合わせると

51
00:02:49,282 --> 00:02:52,055
山が並んで大きな波を作り出す
場所があることに気づきます

52
00:02:52,055 --> 00:02:55,821
また山が谷を埋めてしまう
場所もあります

53
00:02:55,821 --> 00:02:58,279
その結果 波がある場所と

54
00:02:58,279 --> 00:03:01,106
全くないところに分けることができます

55
00:03:01,106 --> 00:03:02,590
３つ目の波を加えると

56
00:03:02,590 --> 00:03:05,709
波を打ち消す範囲が広くなり

57
00:03:05,709 --> 00:03:09,891
４つ目で波を打ち消す範囲は広がり
波の範囲の間隔が狭くなります

58
00:03:09,891 --> 00:03:13,089
このように波を加え続けていくと

59
00:03:13,089 --> 00:03:16,168
ある狭い範囲にはっきりとした
波長の波束を作ることができます

60
00:03:16,168 --> 00:03:20,224
これこそ波と粒子の性質を持つ
量子的な物体です

61
00:03:20,224 --> 00:03:23,311
しかし これを行うと

62
00:03:23,311 --> 00:03:25,805
位置と運動量の双方の確実性が
失われてしまいます

63
00:03:25,805 --> 00:03:28,223
この位置を一点に
限定する事はできません

64
00:03:28,223 --> 00:03:30,918
ただ波束の中心付近のある範囲に
それを見い出せる

65
00:03:30,918 --> 00:03:32,837
確率が高いことを示しているだけです

66
00:03:32,837 --> 00:03:35,586
なお 複数の波を足していくことで
波束をつくった場合

67
00:03:35,586 --> 00:03:38,012
その内のどの単一の波についても

68
00:03:38,012 --> 00:03:41,291
対応する運動量があって
ある確率で見出されます

69
00:03:41,291 --> 00:03:44,740
さあ これで位置と運動量
双方が不確定となり

70
00:03:44,740 --> 00:03:46,816
これらの不確定性が結びつきました

71
00:03:46,816 --> 00:03:49,209
位置の不確定性を
減少させたいと思えば

72
00:03:49,209 --> 00:03:52,628
波をさらに加えて
波束をさらに小さくする必要がありますが

73
00:03:52,628 --> 00:03:54,865
そうすると運動の不確定さが増します

74
00:03:54,865 --> 00:03:58,047
運動量の精度を高めようとすると
波束が大きくなってしまい

75
00:03:58,047 --> 00:04:01,012
今度は位置が確定しなくなるのです

76
00:04:01,012 --> 00:04:03,221
これがハイゼンベルクの不確定性原理です

77
00:04:03,221 --> 00:04:08,207
1927年にドイツの物理学者
W. ハイゼンベルクが提唱しました

78
00:04:08,207 --> 00:04:12,589
この不確定性は測定の
精度の問題なのではなく

79
00:04:12,589 --> 00:04:17,107
粒子と波の特性が結びついた
結果なので避けることはできません

80
00:04:17,107 --> 00:04:20,663
不確定性原理は
測定の限界を示すだけではありません

81
00:04:20,663 --> 00:04:23,733
物質が持ちうる特性の限界であり

82
00:04:23,733 --> 00:04:28,157
これは宇宙の基本的な仕組みに
組み込まれているのです