以下、二重スリット実験で小学生にもわかる説明をお願いします。（必要な前提知識がないので何かの例え話で

Question

以下、二重スリット実験で小学生にもわかる説明をお願いします。（必要な前提知識がないので何かの例え話でも大丈夫です）

観測しないと干渉縞が現れるってことてすが、なぜ観測してないのに干渉縞が現れるって分かるんですか？
それは観測してるのではないのでしょうか？
どうやって現れたことを確認してるのですか？

puyo3155 · Accepted Answer

>スクリーンで今、干渉縞か？二本線か？はその場で「リアルタイムには分からず」、スリットの観測機オンオフの実験後に、スクリーンの「跡」を調べないと分からないということですか？

ちがいますよ。その場で見たきゃ見ればいいじゃないですか。
スクリーンを見ることは、マクロ現象を見ているだけで、素粒子の観察問題とは無関係。目で確認できることです。

＞youtube等でスリットの観測機のオンオフ映像は把握してるのですが、スクリーンもリアルタイムに変わっているので、カメラ2代あるのに何故スリットのカメラオフにしただけで（スクリーンのカメラはオンのまま）干渉縞が出るのだろうと言う内容が私の質問です。

説明読んでますか？

スリットの観測と、スクリーンをマクロにカメラで見る話とは別です。後者は、われわれが生活でものを見る現象と同じです。不思議なことはまったく起こりません。前者は、素粒子を観測することです。マクロな現象（普段の生活）でものを見ることとは別の事象です。

なので、スクリーンのカメラはオン。人間が見続けるのも同じ。その状態で、素粒子のスリットの通り抜けを、観測したり、しなかったりすることで、スクリーンの干渉縞が、消えたり、現れたりする・・・・ってことです。

まったく違う２つの観測を、日本語の語感でごっちゃにしているのだと感じます。

puyo3155 · Answer

＞もしかして干渉縞が現れたとか二本線だとかは、リアルタイムでみている訳では無いということですか？

最初は干渉縞が現れ、観測すると、その時間は一直線に跡がつき、観測を辞るとまた、干渉縞がつく・・・ということ。リアルタイムかどうかに、関係ありません。放射した時間と、観測時間と連動した観測結果なら同じことですから。

干渉縞を見ることは、マクロ現象の確認で、素粒子の観測とは関係ありません。

puyo3155 · Answer

>答えとしては、スクリーンの観測は観測による影響は起きないから（スリットの観測のみ影響を受ける）ってことですかね？私は上記は同じ観測だと思ってました。

うーん、厳しいですね・・・・・いいとも、悪いとも言えないです。

まずスクリーンは電子が通過すればあとがつきます。それですべてが線になるのか、分散して鑑賞するのかがわかります。跡を見ているだけです。素粒子論としての、観測問題にそもそも関係ありません。

スリットの観測は、放射された素粒子を、何からの手法で観測しています。つけられた跡を見ているわけではありません。その観測行為をしただけで、なぜか干渉が消えてしまう・・・ということ。この不思議さをこの実験は示しています。

意味を理解しないで、違う現象をごちゃまぜにして考え、言葉で観測が別だとか同じだとか言っても、理解は難しいと思います。まず、どういう実験をしたのか？観測とはなにか？スリットの何を見て干渉だ、干渉しないと言っているのか？それを詳細に理解し、わからないことを、別質問することをおすすめします。

puyo3155 · Answer

他の説明で、波を水に見立てて、水滴と比較していますが、典型的な勘違いです。

この２重スリット実験は、

たった１つの粒が、波になったり、粒となったりする。

ことが不思議なのです。連続した物体でもマクロな数がトータルとして波として振る舞う話とはまったく違います。もう一度いいます。１粒が干渉するから不思議なのです。

連続した光が干渉するなら当たり前です。
光は、量子化しなければ、電磁波という波ですから。

この辺が、いろいろな説明で大きく勘違いを誘発する点です。

Glory_777 · Answer

私も気になって調べました。
あってるかどうか分かりませんけどお読みください。

観測した場所によって振る舞いが変わったと言う話のようです。
最初は投影スクリーンに光の粒子を当てて観測しようとしたわけ
です。スリットは二つですからスリットを通過した2本のライン
が観測されると期待していたわけです。

しかし縞模様が観測された。
スリットを取って直線的に飛んだ様には見えません。

「え？　どういうこと。曲がった？
　曲がった上に干渉した？
　波の性質そのままじゃん。お、何か興奮してきた。
　何か凄い事みつけたきがする」

そこでどうなっているのかスリット付近で光の粒子（電子でもOK）
がどちらを通ったのか調べ、そこからどの様な軌跡を描くのか、
徐々に調べて行こうとしたわけです。

「まずは、どっち通ったか分かる装置を考案せんとね。
　これを試してから少しづつ発展させていけば光がどういう風に
　曲がっていくのかイメージできるはず。
　おし、出来たテスト開始！」

すると縞模様ができず、直線的に光が移動したように見えました。
これは最初に期待していた通りの結果ですが、縞模様がどうして
できたのが明らかにしたいという欲求は満たされません。

「おいおい。なんか誤魔化されたみたいだよ。
　俺らは何で縞模様が出来るのか調べたかったのに。
　君らは教える気が無いように見える」

と言う事で正確には、

「波っぽい振る舞いをしているらしいのだが、その実体を私らに
　調べさせる気が無く、調べようとして何かするとその瞬間に粒
　子として振舞うようだ。どっちのスリットを通ったのか確定し
　ようとするまでは波っぽい動きをしてたよ。なんか気味悪い」

つまり、

「僕らが知りたい状態（波かもしれない何だか分からない状態）
　を観測する術がない。うちらが何かすると邪魔する。結局はど
　どうなってるのか分からないまま。今も現在も進歩しとらん」

と言う事が分かったわけです。

「いっそのこと、分からないままとして良いんじゃないかな？」

と言う事を言いだす人が居てアインシュタインらが対立しました。

いま現在は、なんだか分からない状態でOKという派閥が主流をし
めていて、この何だかわからない状態を量子状態と言います。

「キモイ！　カプっと食いついて握らんと。形を確認せんと気が
　スマンよ。カチッとしてないと！。観測するんだよ」

このカチッと形を把握して確定する行為を観測といいます。

「そこまで追い詰めんでもいいじゃないか。
　スリットのどっちかを通ったんだよ。
　それでいいじゃないか」

こういう発想が確率論と言って「観測しない捉え方」です。

で現代では観測をすると粒子として所在が確定し、観測しようとし
ないと所在も振る舞いも確定しておらず、確率的に考えられる全て
の様相を持っており、可能性としてどれにでもなり得る状態である
とされています。

「マジかよふざけんな。俺らが観測していないから分からなかった
　だけだろ？　観測する前からそうだったはずだ。観測した瞬間に
　正体を決めるとかオカルトすぎて受け入れがたい」

いまも受け入れがたしとする派閥も居るそうです。

しかしこういう振る舞いをする物は身近に沢山あります。

「お父さん。水って波なの？　それとも粒子なの？」

「馬鹿だなお前。水って言っても水たまりみたいな水面もあるし。
　そこでは波みたいな現象だって起きるよ。だけど波の場合は水自
　体がいどうしているわけじゃない。じゃあ水は移動しないのかと
　いえばそうでもない。水流みたいに流れが起きて高い所から低い
　所に向かって流れる時だってあるだろう。だから水は波か水流だ
　としても仕方ない。波や水流に手を伸ばして、手に取って調べよ
　うとすれば水滴が手に残るだけだ。だから水とは水滴（粒子）だ
　と主張しても仕方ない。そういうもんだとするしかない」

なので先に水があり、そこから波や粒（水滴）というモノを私たち
は観測したわけです。概念の方が後ですよね。

波か粒子かと問う方がおかしく、そのどちらにもなり得るものを日
常て見ており利用しています。これが実在なのですから、そういっ
た性質がありふれていると言う事を忘れていたと言うだけです。

土だって細分化していけば粒になりますが、恒温で煮込めば最後は
液体みたいになるはずです。素粒子もドロドロにとかしてくっつけ
れば（圧縮すれば）液体みたいにごちゃごちゃになります。中性子
星の中身などはそうなっているようですし、原初の宇宙はそうなっ
ていたようです。

水滴みたいに取り出されてしまったものが粒子的な振る舞いをして
いるだけであり、だからと言って波的な状態にもどれないというわ
けでもないんです。長い旅になるでしょうけど。

水から水滴を取り出すまで、どんなふうに水滴が取り出されるのか
わかりませんよね。それは水の状態に意味があるのではなく、取り
出す方の所作によって仕方なく決まってしまう訳です。

「僕はケーキをカットして取り出した。形がグズグズだ。
　これはグズグズのピースがケーキに埋まっていたのか？
　それとも僕がケーキをカットするまで形は決まっていなかったの
　か？　どちらだろうか？」

「うるせえ。考えればわかるだろ。お前が悪い。ケーキのせいにし
　て議論をうやむやにするんじゃねえ。ケーキに罪はねえ」

と言う訳で日常ちゃんと同じことが起きています。

そこで素粒子も水みたいなモノだとして捉える。

（水が水分子だとか、原子に分解できるとか。更に素粒子になって
　いるはずとして、素粒子が分からんと言い出す人はご注意。
　頭がグルグルして思考できなくなります。素粒子を理解する上で
　似た様なものがあり、日常で触れ合う水みたいなものをイメージ
　すると考え易いという話。私たちはそれらを怖がっておらず、
　普通に受け入れていると言う事に気づくのが大事）

量子は真空を振動させている波の様です。ただしここに手を入れて
水滴みたいなものを取り出すことはできます。これが観測という言
い方をされています。のんびり揺れているまたは水流の様に流れて
いる物に対して、外部から乱暴を働いて一部を救い取ったというイ
メージになるでしょう。どうしても水滴みたいになるはずです。

二次元平面であれば水面みたいなものを考えられます。
しかし私たちは水中も想像してしまいますよね。
では三次元に拡張するとどうなるでしょう？
空間として存在する真空が波の様に揺れていると設定できます。
そこから素粒子が波立って染み出しているとし（真空が水面）、そ
の奥に水中みたいなものがあると想像しても良いわけです。

この水中に相当するもの。
真空の奥にある高次元には何があるのか？　
考えて意味があるのか分かりませんけど。
考えるのは面白いですね。

「水門を作って二つ穴をあけました。途中水がどう流れているかわ
　かりません。そこで少し離れた所に男たちを並ばせて立たせまし
　た。水は水鉄砲みたいにピューと飛んで穴の正面にいる二人の男
　たちの顔を直撃するはずでした。しかし何と横に並んでいる男た
　ちにも水が掛ったんです。途中がどうなっているのか知りたくて
　男たちは穴の方に押し寄せました。すると穴の正面にいる男だけ
　が水をかぶりました。不思議です！
　私はこれを二重スリット実験と呼ぶことにしました」

「か・・・顔近づけ過ぎたんじゃ？」

一度男の顔に水があたると、水はうひゃあと言うばかりに穏やかな
波に戻ることが出来ないそうです。

なので、

「水はそっとしておくと波を打つけど。波を見たいと思って顔を水
　に漬けると波が消えてしまうんです。なんとその後は顔が水でぬ
　れて、水滴が滴んです。水は観測するだけで波から水滴に変化す
　るんです。大発見ですよ」

でしょうかね。

ちなみに物理的に干渉をして測定するのではなく、確定しようとす
る行為で観測したと判定されてしまいます。

そのため、

「観測実験が不当に物理的に干渉したのか？
　それとも物理的に干渉せずとも調べようとしただけで、
　顔を水につけたのと同じことになってしまうのか？
　後者だったら飛んでもないことだ」

と議論がされております。どうも後者らしく、そこが魅力的だとい
う話です。触らないでもこっそり覗いただけでアウトだそうです。

以上、ご参考になれば。

puyo3155 · Answer

まず、素粒子（光子や電子の）２重スリット実験だとしたら、小学生に説明することは不可能です。なぜなら、いろんなことを積み上げないとわからないし、積み上げても理解が難しい、この世の根本的仕組みの話だからです。
大人でさえ、量子論を理解できない人はたくさんいます。

またあなたの質問をみると、あなたが、物理の基本的な理解ができないようです。

理解に必要な考え方を述べると

・　波は２つのスリットをすり抜け干渉する。これは波の基本的な性質
・　干渉縞はスリットの先にスクリーンをもうければ、観測できる。
　　（スリットでの観測と、スリットを通り抜けた干渉縞の観測とをごっちゃにしないように）

これは、量子論以前の、基本中の基本です。これが理解できないと、その先の理解は不可能ですから、高校生の物理程度の、波動を勉強してください。

さて、この実験の不思議なところです。

・　光子や電子の素粒子は、１つずつ放射したら粒子としてふるまうはず。
・　しかし、なぜか２重スリットをすり抜け干渉縞が現れる。
・　これは素粒子１つが、波の性質をもっている証拠
・　われわれの古典力学的常識では理解できない。
・　また、粒子のスリット通過を観測すると、干渉縞は消える。
・　つまり、観測すると波としての性質が消えてしまうとわかる。
・　これは量子論から導かれる素粒子の基本的な仕組みと考えられている。
・　素粒子には波としての性質と、粒子としての性質をもっている。
・　観測しなければ波として存在し、観測すると粒子に見える。
・　専門的には波動関数の収縮と呼ぶ。

ってことです。簡単な例示はできません。古典力学的、つまり頭で理解できる現象では、まったく理解できないことが、ミクロの世界では起きている。これを認めて初めて、量子論の入り口に入れるということです。古典力学ではあり得ない現象なので、それを小学生にわかりやすい例示をすることは不可能です。しても、それに何の意味もありません。厳しいですが、新しい概念とはそういうものです。

satouhiroshi · Answer

電子の一個一個は、粒子であるが、ある程度の長さの時間内に多数の電子がスリットを潜り抜けると粒子では無く、波の様な性質を示す。ここで重要なのは、「ある程度の長さの時間」と「多数の電子」と言う事です。一個一個では、無く、多数の粒子で、かつ、瞬間では無く、長さを持った時間が、本来は、粒子である電子が、まるで「波」のように「干渉」と言う現象を起こす。この波の様な多数の電子を「物質波(ぶっしつは)」と呼びます。
　なので、干渉縞が現れるのは、観測する/しないとは、関係無いのです。誰も観測しなくても干渉縞は現れます。誰かが観測しても干渉縞は現れます。二重スリットの後方に置いた写真乾板を見て、干渉縞を確認します。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E9%87%8D%E3%82%B9%E3%83%AA%E3%83%83%E3%83%88%E5%AE%9F%E9%A8%93

lv4u · Answer

二重スリット実験は、「観測した結果」であり、目に見えるものです。
観測しないのに干渉縞が表れると分かるものではありませんよ。

ただし、二重スリット実験をする時の光源は、普通の光源だとダメです。
レーザー光線のように、周波数と位相のそろった光でないとダメとのことです。

isoworld · Answer

質問の意味がよく分からない部分がありますが…物理と光学の知識があれば、干渉縞が現れることは予測できると思いますけれど。

以下、二重スリット実験で小学生にもわかる説明をお願いします。（必要な前提知識がないので何かの例え話で

>スクリーンで今、干渉縞か？二本線か？はその場で「リアルタイムには分からず」、スリットの観測機オンオフの実験後に、スクリーンの「跡」を調べないと分からないということですか？

＞もしかして干渉縞が現れたとか二本線だとかは、リアルタイムでみている訳では無いということですか？

>答えとしては、スクリーンの観測は観測による影響は起きないから（スリットの観測のみ影響を受ける）ってことですかね？私は上記は同じ観測だと思ってました。

他の説明で、波を水に見立てて、水滴と比較していますが、典型的な勘違いです。

私も気になって調べました。

まず、素粒子（光子や電子の）２重スリット実験だとしたら、小学生に説明することは不可能です。

電子の一個一個は、粒子であるが、ある程度の長さの時間内に多数の電子がスリットを潜り抜けると粒子では無く、波の様な性質を示す。

二重スリット実験は、「観測した結果」であり、目に見えるものです。

質問の意味がよく分からない部分がありますが…物理と光学の知識があれば、干渉縞が現れることは予測できると思いますけれど。

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