週刊リョーシカ！

2008-01-25掲載
私たちが考え方の手順についてこれは正しいとか、なんか間違ってるとか思う基準をよくよく探ってみると科学、なかでも物理の理論が基になっていたりします。量子が、それ以前の科学である古典物理学とは相容れない世界観を持つ、ということは、私たちが当たり前に科学的であるとか、正しいと考えてきたことが、いろいろ違ってきているということ。何十年もたってから今を振り返ると、昔はあんなふうに考えていたんだなあ、なんて、私たちの考え方もすごく変わってしまっているかもしれません。さて先週に引き続き、今週も量子の特徴である不確かな性質を採り上げてまいりますよ。ではどうぞ。
	先週は量子は予測できないという話でしたけど、そもそも世の中なんか予測できないんだと思うと、かえって気が楽になりましたよ。
	そうですか？
	本当はわかるわけないことを、わかるかのように言うほうがよっぽどあやしいですもん。
	そうですか。量子を相手にする場合、直感的に納得できないと、感じてしまうことも多いのでそこで立ち止まってしまうよりも、わからなかったということは憶えておいてとにかく先へ進んでみるというのもよい方法だと思います。
	ところで、調べましたらね “定まらない”のが“原理”だという「不確定性原理」というものまであるそうじゃないですか。
	はい。1927年にハイゼンベルクが提案したものです。彼は思考実験というのを考えたんですね。
	「思考実験」？
	ええ。思考実験というのは、こういう実験をしたら、どんな結果が出るだろうか？ということを、実際の実験ではなく頭の中で行おうというものです。後世になってから実際に実験が行われ、思考実験が示した通りの結果となったという場合も多いんですよ。
	なるほど、面白いですね。脳のフィールドワークみたいな。
	ハイゼンベルクは、思考実験として非常にミクロなものを測定する場合を考えました。光をあてて、電子1個の位置と運動量を測ったらどうなるだろう、と。そして、位置を測れば運動量に幅が生まれ、運動量の精度を上げれば、位置が不明になるという二つの精度が反比例する関係が成り立つことを確かめました。ちなみにこの頃、数学の世界にも不完全性定理というものが現れ、哲学などにも、広く影響を与えました。
	ふう～～ん。で、いったいどういう意味なんですか？
	そうですね、まず電子1個を用意して「究極の精度」で、位置を測るとしますよね。
	ええ。
	位置を測るにはまず、光をあてなければ見ることが出来ません。ところが非常にミクロな世界では光もまた、波であると同時に粒子ですから、光をあてる＝光子をぶつけると電子がはじきとばされてしまうと考えられます。
東京に積雪!──どんな風景も光がなければ見ることができない
	つまり、位置を正確に測定すると、運動量は、正確に測れなくなってしまう。
	じゃあ、たとえば新幹線を測定する場合、その列車は名古屋にいるけれども時速何キロで走っているかはわからない。ということになるんでしょうか？
	そうですねえ、新幹線というのは非常にマクロな例ですけれども話としてはそういうことになります。
	ミクロなものの測定を考えた「不確定性原理」が出てくる前はただ測れば、両方とも知ることができたんですよね？
	そうですね。古典的な世界では、なるべく正確に測ろうということですよね。しかし、量子の世界ではそうはいかない。私たちが、ある物質について知りたいと思う時にその物質の位置と運動量という知識を両方正確に得ることはできない、ということになってくるわけです。
	知りたいのに、知ることができない……。
	というか、不確定性原理によってその知りたい答えは、本当はないんだ、ということがわかったんです。不確定な状態にある、というのがいわば、新しい答えなんです。
	予測できないどころか存在そのものが「確率的」……!?
	その通りです。量子的な世界では、物質はいろんな可能性を同時に併せ持った状態にある、と考えられています。
	なんか今回は難しかったような……。
	では、このへんで。
	えっ！
（つづく）
いかがでしたでしょうか。今回出てきた「思考実験」ですが、 20世紀最大の科学者といわれるアインシュタインも、量子に関する有名な思考実験をいくつか残しているのだそうですよ。頭の中で実験を考えるなんていかにも理論物理学者の得意技！という感じですが、具体的な現象などがあればもっとわかりやすいかも知れません。というわけで次週は、そんな現象面からも量子に迫ってみたいと思います。どうぞおたのしみに。
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