量子力学の世界観です。
量子力学は、マクロな相対性理論に比べて、逆にミクロな、とても小さい領域における力学の考え方。
ポイントは以下。
| ポイント | 説明 |
|---|---|
| 物体と状態は同じ | 量子のようなミクロの世界では、 それが「物体」なのか「状態」なのか、 区別はつかない。 |
| 光や電子は、粒子でありながら波である | 光や電子などは「粒子」であるとともに「波」である。 |
| 観測行為が観測対象に影響を与える | 観測するものを観測した時点で その観測行為が観測対象に影響を与える （観測した時点で観測したものが変わる） |
量子力学については、プランクやシュレーディンガーなどの研究と発見（提唱）が知られている。
量子力学は、とても小さな「素粒子」（物質を構成する最小単位）と呼ばれる領域における物理学。
分子や原子、電子などの小さな領域に対することを考える。
ただし、統計力学の考え方を用いることで、とてもたくさんの巨視的な現象を記述することもできる。統計学の計算を用いることで、ものすごくたくさんのものが集まった領域について考えることができる。
（詳しくは放送大学「自然科学はじめの一歩 ('15)」が参考になります。）
光は粒子と波の二面性を持つ。
通常、波は移動するわけではなく、物質の中を「伝播」する。
ここで、海の波などは水のような伝播するための媒体を必要とするが、光には媒体が必要ない。エーテルのような光に対して伝播する媒体を発見する試みはことごとく失敗した。
光は宇宙の空間そのものを伝播することができる波である。
電磁気学も参照のこと。
光は、空間を伝わることのできる波であり、空間そのものを伝播する。
光が波であることから、光という波が伝播する物質として、空間全体に満たされる「エーテル」のような光の媒体物質を探そうとする試みは、ことごとく失敗した。
今では、エーテルは存在せず、光は空間そのものを伝わる波であると考えられている。
また、電流は導線を伝わることのできる電子の流れだが、電流の周波数を高くすると、電流は導線ではなく空間そのものを伝わるようになる。これを「電波」あるいは「電磁波」と呼ぶ。さらに極度に周波数を高めると、波は物体をすり抜ける「放射線」になる。
電磁波の伝わる速度は、光速度cと著しく一致するため、今では、電磁波は光と同じものであると考えられている。
このように、光は空間を伝わる波である。だが、光電効果（金属に光をぶつけると電子が飛び出す効果）のような一部の実験では、光が波であると仮定すると説明できないが、光が粒子であると仮定すると説明できるような実験結果を示すことがある、ということが分かった。光電効果を説明するには、光が波ではなく、粒子であると仮定する必要がある。
この問題を解決するために、アインシュタインやプランクなどの考え方から、波であるはずの光が粒子（光量子、光子）として振る舞うという考え方が得られる。
この実験については、放送大学「現代物理 ('08)」に詳細が記述されている。
そして現在では、「光は波と粒子の二面性を持つ」という理解がされている。このことは現代物理あるいは量子力学においても極めて重要な事実である。
注記：光電効果とは、金属に光や熱を与えると電子が飛び出す現象のことです。これを光電子とか熱電子と呼びます。昔のコンピュータで使われた真空管などの機械では、光電効果が使われています。
2024.03.24
力の統一理論とは、この宇宙における力の源を、ひとつの方程式で書いてやろうという傲慢な試み。
基本的に、場の量子論によれば、力は電磁相互作用、弱い相互作用、強い相互作用、重力相互作用の4つに区分・整理される。
詳しくは以下の書籍・ページが参考になる。
超弦理論は、量子力学のひとつで、物質の基本単位を0次元の点や粒子ではなく、1次元の広がりを持った「ひも」のようなものであると考える仮説です。
超弦理論はまだまだ未開領域の量子力学の分野ですが、今のところ、5つの超弦理論が知られており、それらを統合しようとしているのが「M理論」です。
M理論では、宇宙の時空が11次元であることを前提に考えます。空間が10次元、時間が1次元となります。
「宇宙の次元は11次元もある」という、もはやオカルトの領域に近づきつつあります。もしかしたら、11次元を超えて、神のレベルでは何百次元とこの宇宙空間の次元は存在するのではないでしょうか。
ベクトルも参照のこと。
（以下は、「別冊宝島116 宇宙論が楽しくなる本 - すべてはアインシュタインから始まった！（金子隆一）」を参考に執筆しました。）
相対性理論においては、新しい科学の先見性によって、大きな功績をあげたアインシュタインだが、量子力学においては、その考え方を理解できず、アインシュタインは量子力学の考え方を批判し続けたことでよく知られている。
量子力学においては、光や電磁波は、粒子でありながら波であると考えられるが、「ある粒子があったとして、その位置や運動状態を明確に定めることはできない」と考える。これは、粒子を観測した時点で、観測したという行為自体が観測対象に影響を与えてしまうため、「そのものがどこにあるのか」ということを明確に定めることができない、ということから言えることである。
アインシュタインは、この考え方を受け入れることができなかった。「物理現象は必ず宇宙に存在する」と考えるアインシュタインは、「見ているからそれがそこにあるのであり、見方を変えればそこにあるものが変わってしまう」という量子力学の考え方を受け入れなかったのである。
（以下は、「踊る物理学者たち」を参考に執筆しました。）
僕は、量子力学が嫌いです。
アインシュタインが言うのと同じように、「観測された時点で観測対象が変わる」ということは決してないと思っています。
僕は、「踊る物理学者たち」という本を、一部分だけ読みました。
そこから分かったことは、観測された時点で観測対象が変わるという言葉の意味は、単なるガンマ線で電子の位置を知る際の、実験道具の問題に過ぎないということです。
ハイゼンベルクの不確定性原理では、運動する素粒子の位置と運動量を、同時に知ることはできないと言います。
素粒子の位置を知ろうとすると、それによって運動量が変わってしまい、運動量を知ろうとすると位置を知ることができず、両者は同時には観測できない、ということです。
ですが、僕はこれはガンマ線という電子の位置を観測する方法が適切ではないだけであると思います。
電子の位置を知るために、光は使えません。電子の位置と運動量を観測するための、ものすごく倍率の高い顕微鏡があったと仮定して、光によって電子の影を観測しようとしても、光の波長が長すぎるために、光が向こう側に入り込んでしまい、影が映らないからです。
そのため、光よりも波長の短いガンマ線をハイゼンベルクは電子の位置の観測のために使いました。
ですが、ガンマ線は光よりもエネルギーが大きいため、電子にぶつかった際に電子の運動量を変えてしまうのです。
エネルギーの少ない光を使うことで、この問題はなんとかなりますが、そうすると先に言ったように電子の影を映すことはできません。
そのために、「電子の位置を知ることはできるが、それによって運動量が変わってしまうため、位置と運動量を同時に知ることはできない」とされるのです。
結局、これは宇宙や素粒子の問題などではなんでもなく、単にガンマ線を使う際に問題があるというだけの話です。
光とガンマ線以外のなんらかの電子の位置と運動量を知る手段があれば、この問題は解決します。
ですが、量子力学が完全に間違っているとは言えません。なぜなら、光には「粒子と波動の二面性がある」という原理があります。これについて、僕は、「普通の物理学では考えることのできない、本来の宇宙にある物理学で考える必要がある」と思います。
量子力学の世界では、古典的な物理学は活用できません。この宇宙という世界では、古典的な物理学では分からない、量子力学だけの「特殊な物理学」が必要となります。そして、これはまさに「本来の宇宙の姿」です。それこそが、「光という宇宙における特別な存在の性質」だと思います。
それについては、僕は異論はありません。ですが、量子力学の言うことをすべてそのまま信じるべきではないと僕は思います。アインシュタインは正しかったのです。
アインシュタインは間違っていません。それまで波動であると考えられていた光に対して、アインシュタインが、「光には粒子の性質がある」とする論文を発表したのです。アインシュタインは、今でこそ相対性理論で有名ですが、ノーベル賞を取ったのは光の粒子性に関する発見に対してです。まさに、アインシュタインは、歴史上においてもっとも偉大な、「宇宙のすべてが分かった物理学者」であると言えるでしょう。
ただし、注意事項として、僕はこの本を一部分しか読んでいませんし、量子力学についてもほとんど何も知りません。なので、もしかしたらこの記述はトンチンカンなことを言っているかもしれません。なので、真実については、この本を僕よりももっときちんと読むか、あるいはほかの人の解説や意見を参考にしてください。嘘だったら申し訳ありません。
2023.04.28
量子力学においては、二つの論理が存在する。
ひとつは、ハイゼンベルクによる行列力学で、粒子としての量子論の表現方法。行列と交換関係を使って運動や座標のような物理量を記述する。マトリックス力学とも言われる。
もうひとつは、シュレーディンガーによる波動力学で、波動としての量子論の表現方法。シュレーディンガー方程式によって記述する。
そして、この二つは、見方が異なるだけで実際は同じであり、同等である。
（以上は放送大学「量子物理 ('09)」を参考に執筆しました。）
2024.10.17-18
量子力学において重要なシュレーディンガー方程式は以下のようになる。
\[ i\hbar\frac{\partial\psi(\boldsymbol{r},t)}{\partial t} = \bigg(-\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2 + V(\boldsymbol{r})\bigg) \psi(\boldsymbol{r},t) \]
（以上は放送大学「自然科学はじめの一歩 ('15)」を参考に執筆・引用しました。）
2024.03.02
僕は、光が粒子と波の二面性を持つということについて、真実めいたものが分かりました。
それは、物質の三態、すなわち、固体、液体、気体と同じように、光も粒子と波の状態を行き来するということです。
すなわち、物質が内部の化学的構造の結合状態と分子の力の関係によって、固体になったり液体になったり気体になったりするのと同様に、光も、その内部のなんらかの構造の結合状態により、粒子になったり波になったりするのです。
さらに言えば、電流が高周波数になると空間を飛び交う電波（電磁波・電磁気）になり、それがさらに高周波数になると物質の中をすり抜ける放射線になることも、これと同様の、物質や光と同様の構造の結合状態だと言えます。
そして、僕は物質、光、そして電磁気について、区別することは間違っていると思います。
すなわち、物質であっても光であっても電磁気であっても、そのそれぞれのメタ物質の状態を交互に行き来するような法則性が、おそらく宇宙にはあると思います。
このメタ物質のことを、「物光質」と僕は呼びます。
そして、物光質については、物質の三態ならぬ八態があります。それは「固体」「液体」「気体」「粒子」「波」「電流」「電磁気」「放射線」の状態変化です。この8つは互いに変化して状態が行き来します。なので、固体が電流になることも、液体が電磁気になることも、気体が粒子になることも、波が放射線になることも、この宇宙ではあるのです。これが新しい「物光質」という発想です。
ただし、僕が考えるに、必ずしも物質と光は同じものではないかもしれません。あるいは、物質に「固体」「液体」「気体」という3つの形態があるのなら、光にも「粒子」「波」ともうひとつの形態があるはずです。そして、僕はそれが「電子」だと思います。すなわち、物質の三態と同じように、光には「粒子」「波」「電子」の3つの形態があるのです。これで、僕は量子力学の謎は解明されたと思います。
光電効果においては、物質に光を当てると電子が飛び出します。これは光の側面である「電子」が「粒子」になるという変化であり、光の3つの形態である「電子」「粒子」「波」の変化であるために、光が粒子なのか波なのかどちらなのか困惑するような物理現象を示すのです。すなわち、「光波」と「電子」の中間の状態が「光粒子」であり、この3つの状態は物質の三態と同じようにそれぞれ状態変化するということです。
2024-05-20も参照のこと。
2024.05.20
化学については、化学やエネルギーや核エネルギーを参照のこと。
統計を参照のこと。
量子コンピュータを参照のこと。
Wikipediaを参照のこと。