素粒子の波動性と粒子性について

Question

素粒子の波動性と粒子性について

基本的に以下の考え方で合ってますか？
　　間違いを（表現を含めて）指摘していただけると幸いです。
　　
　　例として「電子雲」ですが。

電子はある時間内に存在位置の確率の波として原子核の周囲に
　雲のように広がって存在するといわれています。

この意味するところは、

(1)個々の電子は一個の粒子だがその位置は時々刻々と変化する。
　　変化は高速なので、ある一定時間内では雲のように見える。

(2)その位置の変化をグラフにプロットすると最終的に波の分布として
　　現れるが、不連続で決まった時刻Ｔにどこに現れるかは解らない。
　　それは確率に従う。

基本的にはこういうことですよね？

仮にその波が正弦波であったとして、この波の進行と時間の関係をグ
　ラフにすると波の振幅ポイントが時刻とともにバラバラである。
　（確率分布する）

この順序をあとから組みなおせば、正弦波であったことが解る。

ということですね？

これって何かに似ているな～と思って考えたんですが、
　ＩＰなどのパケット通信のやりかたに似ていませんか？

例えばＰＣのディスプレーの画像を１画面表示するのになにも左上から
　順番に走査してドットを表示してゆく必要はなく、ランダム（中央付近だっ
　たり、その少し右上だったり）にドットを表示してゆき単位時間内に１画面が
　完成すれば、フレームレートが高いと人間には左上から走査した画像と
　区別がつきません。（遅ければその違いは歴然と解ります）

各ドットは送られた色情報（明度、輝度、彩度）さえ歪まなければば送信
　した画像が再生されます。（静止画も動画も同じです。）

一方、波動（波）であるということと、周期性（波のような性質）をもつと
　いうことは同義ではない気がするのですが．．．

例えば円盤の回転運動ですが、円周の一点の位置と時間の関係は
　　グラフに描くと波として描けます。　でもそれは描けるだけで実際に波
　　打っているわけではありませんよね。　位置の周期性はあってもバイ
　　ブレーションは感じません。（回転運動を別の何かの往復運動に変換
　　はできますが、別の何かが必要です。）

これが時計回りと反時計回りの往復運動なら明らかに波動（波）ですよ
　　ね。
　　高速なら相当なバイブレーションを感じるはずです。（質量やエネルギー
　　によりますが。）

この往復運動の円周の１点の位置を同様にグラフに書くと回転と同じに
　　なってしまいます。

この場合、回転運動には周期性はあるが波動（波）ではない。
　　ということになりませんか？

そこで、
　
　　素粒子の場合は位置情報の周期性は予めもっている。
　　（位置的振幅と振動数がグラフにプロットできるので波の性質がある
　　ように見える。）

ただその順序は確率に従いバラバラでパケット通信のようになってい
　　る。（各位置の時刻指定がない）
　　しかも一旦位置が決まると次の位置は

(1)位置の波の周期が１サイクルするまで同じ位置には絶対これない。
　　又は(2)１周期内に同じ位置にこれても、その確率が極めて低いので
　　無視できる。
　　
　　(1)(2)はどちらが正しいのか知識がありません。　ご教授下さい。
　
　　素粒子になぜそのような性質があるのかと問われてもわからないし　
　　観測事実なのですね。
　　（確率に従うならば次の瞬間にはすぐ隣に来ることもあるはずなの
　　で球面内の乱反射運動などではないですよね？）

考え違いでしょうか？

そうなると空間伝播する光は一種のパケット通信網ですね？

（もしかすると、この世は本当は素粒子によるデジタル方式で近似的
　　にアナログに見えるだけなのでしょうか？　こては余談です。　ふとそ
　　う思っただけです。）

hitokotonusi · Accepted Answer

ANo1のコメントについて

＞（観測データ）を並べると軌道に見えるということでもないのですか？

ANo.3の方も書いていますが、測定をすると状態が変わってしまうので、たとえば、

(A) 10秒後に測定し、引き続き15秒後にも測定する
(B) 10秒後には測定せず、15秒後だけ測定する

では測定が系に影響を与えるため結果が変わってしまいます。
このため個々の粒子を時々刻々追っていっても、そうしてえられた軌跡は、
擾乱を受けずに運動している場合の粒子の軌道(仮に軌道があるとしても)とは全く異なるものになってしまいます。

＞とすると電子の「ＸＸ軌道」ってどういう概念なのでしょうか？

この軌道と言う名前は、電子が原子核のまわりを回っていると思われた時代の名残といっていいと思います。ここでいう「軌道」とは、エネルギーや角運動量などで指定される電子の状態のことです。

それから、量子力学では確かに状態を確率の波(波動関数)で記述します。しかし、これは本質的に複素数の波で、現実世界に実在するものであるのか、計算の便宜上の存在でしかなく実在はしないものなのか、という点についても結論は出ていません。

わかっていることは、『この複素数の波(波動関数)の絶対値の二乗を確率(密度)として取り扱う(確率解釈)と現実に起きている現象をいまのところうまく説明できている』、ということだけです。

tetsumyi · Answer

考え方が間違っています。
素粒子は粒子でもありませんし波でもありません。
素粒子を検出しようとすると素粒子に重大な影響を及ぼすことになり、それ以前がどういう状態なのかは知る手段がなくなります。
ただ、粒子として検出しようとすると粒子の性質で現れ、波動として検出しようとすると波の性質が現れると言うことです。
これらを法則としてまとめたものが素粒子論と言う事です。
今もって素粒子がどんな物か統一できる理論は完成していません。

doc_sunday · Answer

＃１のお答えが「コペンハーゲン解釈」と言われる「多数派」の考え方です。
私も多数派に属しています。
電子も他の素粒子もさらにマクロな物質も「確率と同じ」数学的表現で記述されますが、それは確率ではないと考えます。
リチャード・ファインマン先生に言わせると「考えるだけ無駄」だそうです。
２０世紀でアインシュタインと並ぶ天才のファインマン先生が「投げ出す」のですから、「普通の人」は考えても無駄だと私は思います。

hitokotonusi · Answer

(1)(2)ともに、おそらく違っています。

現在量子力学が言えることは位置を決める測定した場合に
ある確率で現れるということだけで、それ以上でもそれ以下でもありません。
なので、観測と観測の間に電子がどのような軌道を動くのか、あるいは、
どのような状態でいるのかは知りようがありません。
わからない事には言及しない、というのが今の量子力学の立場です。

素粒子の波動性と粒子性について

ANo1のコメントについて

考え方が間違っています。

＃１のお答えが「コペンハーゲン解釈」と言われる「多数派」の考え方です。

(1)(2)ともに、おそらく違っています。

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