【もっと簡単に知りたい】量子力学とはいったい何なのか?

量子力学ってよく聞くけど何なんだろうね?

えっ?知らないの?量子力学を知る前と、知った後では世界の見方が変わるよ。

量子力学とは?一言でいうと...

ミクロな世界の物理学。
確率の波(振幅関数ψ)を正確に計算する理論。

身近に使われている量子力学

パソコン、DVD、デジカメ、スマホ、レーザー、MRIなど
→コンピュータに使われる半導体は量子力学の理論にもとづいて作られている

 

古典力学と量子力学

1900までに完成された古典力学、マクロな物質の運動である古典力学では説明しきれない事象がある中、1925年くらいからミクロな物質の運動に焦点をあてた量子力学が誕生しました。

古典力学とは

古典力学は、量子力学が出現する以前のニュートン力学や相対的力学をいいます。

古典力学は、マクロな物質の運動つまり、弾道計算から部分的には機械動作、天体力学、例えば宇宙船、衛星の運動、銀河に関する研究に使われている。そして、それらの領域に対して、とても精度の高い結果をもたらす、最も古く最も広範な科学、工学における領域のうちの一つである。(https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%A4%E5%85%B8%E5%8A%9B%E5%AD%A6)

古典という言葉のイメージは古臭く、廃れたしまったイメージを受けますが、そんなことは全くなく、現代を生きる上でこれからも必要なものです。マクロな視点で見るかミクロな視点で見るかの違いとなります。

量子力学を知る前に【「波」の物理学について】

「波」の重要な性質

①回折:回り込んで伝わる現象のこと

②干渉:波の重ね合わせによって、新しい波形ができる現象のこと

光の波動性

光の性質は3つあります。
①「直線」としての性質
→ 屈折、反射、分散、屈折率、全反射、収差などの現象は、光の 「直線」としての性質で説明できます。
②「波」としての性質
→光の色【波長】、光の強さ(明るさ)【振幅】がある性質です。赤、青、黄色や強い光・弱い光があることは「波」としての性質で説明できます。
③「粒子」としての性質
→粒子としての光を「光子」と呼び、光のエネルギーを表わすのに都合がよいです。

光の性質として「直線」としての性質はイメージがつきやすいですが、「波」としての性質や「粒子」としての性質があります。

参照:https://optipedia.info/opt/optics/interference-and-diffraction/

 

量子力学の特徴

粒子と波の性質を併せ持つ【二重性】

観測するまで実在しない【非実在性】

位置と速度は同時に決まらない【不確定性】

エネルギーの壁をすり抜ける【トンネル効果】

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