不確定性原理「小澤の不等式」は男女の中のように様々な要素で不確定だったことを実証

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量子力学の不確定性原理は不等式で表現される電子や素粒子の基本原理ですが、「小澤の不等式」と呼ばれるより精密な不等式が実験で実証されたようです。不確定性原理が男女の微妙な仲のように細かい様々な要因で表現されてしかるべきでなければならないことが明らかになったわけです。

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私は20年前に量子力学を始めて学び、電子や素粒子の振る舞いがまるで男女の微妙な仲のように、または幽霊のようにつかみどころのないものであることを学び驚きを覚えました。

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ハイゼンベルクの不確定性原理( ⊿q⊿p ≧ h/4π )やシュレーディンガーの方程式は量子力学の分野を確立したことで有名ですが、確定論主義者であったアインシュタインは亡くなるまで疑問を抱いたほど不可解と思える理論体系です。

不確定原理の本質を言葉で説明するなら、しばしば「粒子の運動量と位置情報は同時に正確に測れない」と表現されます。つまりある時は粒子のように振る舞い、ある時は波のようにふるまうわけで、一方を正確には測定しようとするなら、もう一方の性質が消えてしまうのです。男女の中のように、あいまいなわけですね。また観測方法という観点から説明すると、波長の短い光(エネルギーが高くなる)を粒子にあてて位置を観測しようとすると、光というエネルギーそのものが観測結果に影響を運動量を正確に測定できなくなります。その逆に波長の長い光(エネルギーが低い)で粒子の運動量を正確に測定しようとすると、位置が正確に測定できなくなるということです。ニュートン力学のような確定論的な体系では通じないのです。

さらに厄介なのは、位置や運動量に関しては「量子的な揺らぎ」というものもあることが分かってきたことです。ハイゼンベルグの不等式は上記のモノも一緒くたに扱っていたわけです。

そこで、名古屋大学の小澤正直教授は2003年に、量子的な位置の揺らぎ(σq)、量子的な運動量のゆらぎ(σp)を加える必要があることを強調して、ハイゼンベルグの不確定原理の不等式をさらに精密にするためのファクターを以下のように加えています。

⊿q⊿p + σq⊿p + σp⊿q ≧ h/4π

これが不確定性原理の「小澤の不等式」と呼ばれるようになったようです。

ここで小澤正直教授はハイゼンベルグが誤っていたことを示していたのでなく、より精密に表現しよとしていたに過ぎないのです。image

男女の仲にも気持ちだけでは表現できない様々な要素があるのと同じなわけですね。(なんだか分かったような、分からないような・・・?)

今回、この「小澤の不等式」はウィーン工科大学の長谷川祐司教授の研究グループの実験でその正確さが裏付けられれ、ニュースになっています。日経サイエンス

実験のプロジェクトリーダーの長谷川教授によると、この実験で基礎物理学の進展だけでなくナノサイエンスとよばれる次世代の科学技術への応用にも期待できることされています。

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