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ハイゼンベルクの不確定性原理とは何か？- チャド・オーゼル

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    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
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    ポップカルチャーにまで浸透した
    思想の一つです
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    それによると物質の
    正確な位置と正確な速度を
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    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
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    文芸評論やスポーツのコメントにも
    使われています
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    この不確定性は通常
    測定によってもたらされたとされ
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    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
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    本当の起源はもっと深遠であり
    驚くべきものです
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    不確定性原理は
    この世のあらゆるものが
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    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
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    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
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    意味がありません
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    これを理解するには
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    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
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    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
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    これは特定の場所で
    物質が見つかる確率を表す
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    スパイク状のグラフで表すことができるため
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    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
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    一方 波は湖面の波紋のように
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    空間に広がっているのです
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    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
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    最も大切なのは
    その波長であり
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    これは波が持つ並んだ
    ２つの山の間の距離 または
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    ２つの谷間の距離でもあります
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    しかし 一つの場所に
    特定する事はできません
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    様々な別の場所にも
    確率的に存在します
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    波長は量子力学には
    欠かすことができないものです
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    実は 物質の波長は
    その運動量に関係があり
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    これは質量×速度で表せます
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    ですから 速く動く物質は
    運動量が大きく
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    これは波長が短い事を意味します
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    また重い物は動きは遅くとも
    運動量が大きいのです
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    これも波長が短いことを意味します
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    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
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    例えば ボールを
    空中に放り投げると
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    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
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    これだけ短いと検知することはできません
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    しかし 原子や電子といった小さな物質は
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    物理実験で観測できる波長を
    持っています
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    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
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    すなわち 運動量はわかるものの
    位置は確定しません
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    粒子の位置については
    よくわかりますが
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    波長を持たないため
    その運動量は不明とされます
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    位置と運動量の両方を持つ
    粒子を得るには
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    ２つの図をあわせてやり
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    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
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    どうすればいいのでしょうか？
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    それは異なる波長を持つ波を
    組み合わせる事で
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    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
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    ２つの波を足し合わせると
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    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
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    また山が谷を埋めてしまう
    場所もあります
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    その結果 波がある場所と
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    全くないところに分けることができます
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    ３つ目の波を加えると
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    波を打ち消す範囲が広くなり
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    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
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    このように波を加え続けていくと
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    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
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    これこそ波と粒子の性質を持つ
    量子的な物体です
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    しかし これを行うと
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    位置と運動量の双方の確実性が
    失われてしまいます
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    この位置を一点に
    限定する事はできません
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    ただ波束の中心付近のある範囲に
    それを見い出せる
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    確率が高いことを示しているだけです
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    なお 複数の波を足していくことで
    波束をつくった場合
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    その内のどの単一の波についても
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    対応する運動量があって
    ある確率で見出されます
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    さあ これで位置と運動量
    双方が不確定となり
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    これらの不確定性が結びつきました
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    位置の不確定性を
    減少させたいと思えば
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    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
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    そうすると運動の不確定さが増します
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    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
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    今度は位置が確定しなくなるのです
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    これがハイゼンベルクの不確定性原理です
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    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
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    この不確定性は測定の
    精度の問題なのではなく
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    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
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    不確定性原理は
    測定の限界を示すだけではありません
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    物質が持ちうる特性の限界であり
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    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
Title:
ハイゼンベルクの不確定性原理とは何か？- チャド・オーゼル
Speaker:
Chad Orzel
Description:

ハイゼンベルクの不確定性原理によると、物質の正確な位置と正確な速度を同時に知ることはできません。その理由は物質は全て粒子と波のように同時に振る舞うからです。チャド・オーゼルがこの複雑な量子力学のコンセプトについて案内します。

レッスン: チャド・オーゼル、アニメーション: ヘンリック・マルムグレン

このレッスンの全編はこちら: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-heisenberg-uncertainty-principle-chad-orzel
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:44

Japanese subtitles

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