社会人&学生におすすめする色彩検定の勉強術

観測されていない時→量子は波となり干渉縞を形成する。
観測している時→波動関数は収束し量子は粒となる。

この「観測」とは一体何のことを指しているのでしょうか?
観測していないのに、何故量子が干渉縞を形成すると分かるのか?
観測機を通して観測する場合と観測機を通さず観測する場合とで何が違うのか?

分かる方おられたら回答お願いします。

質問者からの補足コメント

  • 回答ありがとうございます。

    >>観測とは2つあるスリットのどちらを量子が通過したのか調べることを言います
    当然ながら、スクリーンなどに現れる縞の状態は見ているのです

    つまり、〈2つあるスリットのどちらを量子が通過したのか観測している者〉と〈スクリーンなどに現れる縞の状態を観測している者〉は別々ということでしょうか?
    仮に別々だったとして、何故,スクリーンなどに現れる縞の状態を見ている, は観測としてカウントされていないのでしょうか?

    No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2022/06/26 13:36
  • 回答ありがとうございます。
    観測が相互作用とはどういう意味でしょうか?
    出来れば詳しく教えて頂けますでしょうか?

    No.5の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2022/06/26 21:21
  • 色々回答がありましたが、
    結局「なぜ観測以前の量子が、波の干渉縞だと知ることが出来得るのか?」という疑問に対する回答は得られなさそうですね…

      補足日時:2022/06/26 21:48
  • >>スリットを通ったあとの壁の軌跡を、何百の電子が放射され壁にぶつかった跡を、実験後に観てようやく干渉縞を確認しています。

    実験後に観測された壁の跡が干渉縞だったという結果から、なぜ観測される以前の量子の状態を導く事ができるのでしょうか?そもそも、スリットを通る前にセンサーを置くことを、なぜ観測と見なすことができるのか?
    皆さんが仰られる相互作用とは、この上記の誤りから導かれた結論なのでしょうか?

    No.7の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2022/06/26 22:34
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A 回答 (9件)

朝永振一郎さんは「光子の裁判」で二重スリット実験を丁寧に説明されています。

是非とも読まれることをお勧めします。結構長い文章ですが、そのエッセンスは、産総研の柳沢 孝さんが書かれた
https://staff.aist.go.jp/t-yanagisawa/kohsi.html “『光子の裁判』の「光子」は「こうし」?”を読まれるとよいでしょう。
朝永さんがらみで、同じ著者による
https://staff.aist.go.jp/t-yanagisawa/tomo.html “くりこみ理論のころ”も興味深いです。
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>実験後に観測された壁の跡が干渉縞だったという結果から、なぜ観測される以前の量子の状態を導く事ができるのでしょうか?



観測される以前の量子の状態を導くことなどできません。回答を見ても、だれもそんな回答をしていません。

干渉縞が出るということは、それが、そこに来て跡を残す前は、波であったという証拠にはなります。しかも、電子を一つずつ放射したのですから、連続する電子が干渉したのではなく、1つの電子自身が波となって干渉したとしか考えられないのです。だって、もし粒子がスリットをすり抜けたのなら、干渉縞はあらわれず、スリットの後ろに筋ができるだけですね。それが粒子と言うものです。
(干渉縞がなぜ波の証拠になるかがわからないなら、波動から勉強してください。古典論の高校の知識で十分です)。

>そもそも、スリットを通る前にセンサーを置くことを、なぜ観測と見なすことができるのか?

観測とみなすのではありません。観測そのものです。観測は相互作用を伴う行為すべてです。

>皆さんが仰られる相互作用とは、この上記の誤りから導かれた結論なのでしょうか?

上記誤りとはなにかわかりませんが、前半の説明にある、干渉縞が波である証拠の話と、スリットにおける観測とはまったく別の話です。センサーを置くことは、スリットを通る前に観測するということ、すなわち相互作用が及ぶと、波動ではなくなり、電子は粒子のようになってしまうということ。それ以上でも以下でもありません。

繰り返しますが、これらは、量子力学における波動関数の収縮と言われる、量子論を学ぶ一丁目一番地の概念です。とにかく納得しないと始まらないのです。そして、2重スリット実験は、その事実を示す不思議だけど明確な実験結果であり証拠です。

少しだけアカデミックに言えば、複数の固有状態の重ね合わせであった波動関数が、観測によって1つの固有状態に収縮するってことですね。
理解するしかないのですよ。
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みなさんの回答で、観測が相互作用だとわかりましたか?



とにかくセンサーをスリットの近くに置くと、干渉はなくなります。

一方で干渉縞は、スリットを通ったあとの壁の軌跡を、何百の電子が放射され壁にぶつかった跡を、実験後に観てようやく干渉縞を確認しています。スリットの観測と、まったく意味が違うとわかりませんか?干渉縞を観測している人??(笑)って、いったい誰の話でしょう。

根本的に状況を誤解しているとおもいます。
この回答への補足あり
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>結局「なぜ観測以前の量子が、波の干渉縞だと知ることが出来得るのか?」という疑問に対する回答は得られなさそうですね…



うーん。だれがどうみみても、みなさんの回答の中にすでに答えはでいますね。意味がまったくわからないので、あなたの疑問を、きちんと説明してくださいな。だって、日本語になっていませんよ。この補足。

2重スリット実験は、物理を勉強した人なら、全員知っている事実なので、勝手なよくわからない疑問をあげて回答がおかしい・・という論法は、みっともないので、やめた方がいいです。

わかってないから質問しているのは、あなたであり、回答者は全員理解しているのですから。
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電子は、真空中すなわち相互作用する物がないとき、図のように多数の並行世界の電子と共に波状に進みます。

観測とは相互作用であり、波状の状態が壊れるので干渉縞が形成されなくなります。
https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1
「二重スリット実験について」の回答画像5
この回答への補足あり
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>つまり、〈2つあるスリットのどちらを量子が通過したのか観測している者〉と



スクリーン通過前ですね。


>〈スクリーンなどに現れる縞の状態を観測している者〉は別々ということでしょうか?

スクリーンを通過したあとですね。

いくらなんでも、観測が、時間を戻って影響するわけではありませんから。

一つの電子が、2つのスリットを通って、干渉縞を作る。フェルミオンでさえ、実態は波である明確な証拠ですね。
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観測を、分かりやすい言葉にかえれば『相互作用させたら』ということになるでしょうか。


電子を使い、スリットの穴にそわして1巻きの回路(コイル)を設置しておけば、どちらのスリットの穴を通過したのか分かると思います。
この時に、回路につながっている観測機器が動作してようがしてなかろうが、1巻きの回路(コイル)と相互作用してしまう時点で干渉縞は現れなくなってしまいます。

光を使った場合は、スプリッターじゃないけど光を2つに分ける装置(名前忘れたw)を使って、分けたほうの光を使ってどちらのスリットを通ったのか知ることができると、分けたもう片方の光で出る干渉縞が、出たり消えたりするようです。時間的に調べるのを、スクリーン到達後の時間になるように経路を伸ばしても、同様に出たり消えたりするので、あたかも過去の時間を操作しているかのような錯覚をすることができる・・かも知れませんw(遅延選択のスリット実験は、なかなか面白いので調べてみてください♪)
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この場合の観測とは


ざっくりと
2つあるスリットのどちらを量子が通過したのか調べることを言います
この、調べ
を行わない場合、干渉縞が出現するが、調べを行うと干渉縞は現れないことが知られています
当然ながら、スクリーンなどに現れる縞の状態は見ているのです
縞が現れるか否かわかります
この回答への補足あり
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観測するとは、電子や光子が1個1個の粒子として、スクリーンのどこに当たった/衝突したかが特定できる/特定する事です。


 時間的な幅(時間としての長さ)があると、波としての性質である「干渉縞」が観測できます。これは、時間的な幅(時間としての長さ)と言う「時間の一次元」と「空間の三次元」を持つ、「四次元の時空」に置いては、物質波と呼ぶべき「波」が存在しており、この「波」がスリットを通過する事で干渉縞を作ると解釈する事が出来ます。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E9%87%8D …
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