二重スリットの干渉実験について

お世話になっております。王次郎です。

さて、標記の件、二重スリットの干渉実験に関して少々質問がございます。
電子の二重スリット実験では、電子を１個づつ発射しても干渉縞が観測される事が
実験結果の共通の認識になっています。
ここで、まず、この「電子１を個づつ発射」について疑問があります。

（疑問１）
電子を１個づつ発射する事は実験装置的に可能なのでしょうか？
そして、１発づつ発射した電子を２個しかないスリットに命中させる事が可能なのでしょうか？

（質問２）
電子を１個だけ発射できたとします。１個だけでも干渉縞の確率分布で観測されるのでしょうか？
懸念しているのは、電子を１個づつ発射したとしても時間を越えて過去にスリットを通った電子と
干渉しているという事はありえないのでしょうか？
つまり１個の実験装置で１個づつ時間をあけて発射するのではなく、
実験装置を膨大に作ってそれぞれの装置では電子１個だけ発射してその膨大な実験装置の結果を
集めると電子は干渉縞になるのでしょうか？


質問２を確かめる手順としては、
(1) 二重スリット実験装置を作り、新しいスクリーンをセットする
(2) 電子を発射し、二重スリットを通り抜けた電子がスクリーンに１個だけ観測されたら実権を終了
(3) 装置を破壊する
(4) 二重スリット実験装置を材料を全て新しくして作り直し、先ほどのスクリーンをセットする
(5) あとは、上記の(2)から(4)を延々と繰り返す

そうして得られたスクリーンに観測された電子の位置も、干渉縞になるのでしょうか？
それでも干渉縞が現れるのであれば、それぞれの実験装置の二重スリットは１個の電子しか
通っていないはずなので、「電子は観測されるまで波のように振舞う」と言えるのでは
ないでしょうか。

よろしくお願いします。

No.1 ベストアンサー 回答者： hitokotonusi 回答日時： 2014/09/24 18:28

(疑問1)そのへんは結構念を入れて実験をされているようで，少なくとも検出器では同時に二つの電子が検出されることがない事は確認されています。

検出器で一つの電子が検出されることも結構まれな状態で長時間かけて実験をしていますので，確率的に言っても二つの電子が同時に出る可能性はネグリジブルとみていいかと。

(質問2)過去の事象が未来に影響を与える可能性は誰も考えていないと思います。ですから，その方向で現在までわかってる量子現象を全てコンシツテントに説明できる理論を作り上げることができれば，認められるかもしれません。がんばってください。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

質問の意図は、「電子１個が自分自身の可能性と干渉した」という直接的な実験結果が存在するかと問うものでした。空間的に１個しづつ二重スリットに発射した実験結果は良く引用されていますが、時間的にも１個づつ発射した実験の例を拙者が存じなかったので、その様な実験結果はありますかという意味でした。

・電子は波動性と粒子性を持つ
・時間を越えた相互作用はない

これらは過去の実験結果から構築された量子力学では常識となっている節がありますが、
正確に言えば「電子が波動性と粒子性を持つとすれば実験結果と一応の辻褄があう」
「時間を越えた相互作用は科学の前提を崩してしまうからありえない事にしたい」という事です。
可能性としては、時間をさかのぼる相互作用は考えずらいですが、過去の電子が空間に何らかの痕跡を
残していて、その痕跡と次に通る電子が相互作用するという事ぐらいは検証する実験をしてみても
よいのではないかと思います。

理論に従って現象を説明する姿勢は重要ですが、与えられた理論自体を疑う事もせず鵜呑みにしてしま
っては、今後の科学の発展はないでしょう。

１９世紀の人に、「光は見る人によって速度が違いますか？」と聞けば
「違うに決まってるじゃないか、君はニュートン力学を知らないのか？」と言われるでしょう
また、１９世紀の人に「電子は光の様に干渉しますか？」と聞けば
「する訳ないじゃないか、光は電磁波だけど電子は粒子だからね」と言われるでしょう

お礼日時：2014/09/26 10:41

No.5 回答者： uen_sap 回答日時： 2014/09/25 15:28

何を質問されてます。

量子力学の世界の話ですから、個であり波である、と言うことを忘れてませんか。

No.4 回答者： OtamaFJWR 回答日時： 2014/09/25 14:01

１個の電子（の存在確率の広がり）が、同時に２つのスリットを通過

して、その可能性同士が干渉しているのです。

量子とは「粒子」であると同時に「波（情報のごとく実体が無いモノ）」である。

また、内部構造が無いので、最小単位とされている。




https://www.youtube.com/watch?v=HsbV_QHCBT8

https://www.youtube.com/watch?v=wLKJz73DTGE

https://www.youtube.com/watch?v=kYsGS5QAORE

ちなみに私は自分の自由意思で、肉体の量子的実体化ができる、珍奇な脳の障害者です。己の肉体を自由に分身させ、自分の肉体で多くの実験が可能です。

例えば、口の左側の奥歯付近をむき出しにする。そして、内部から舌で奥歯を内側に折りまげて、舌で固定する。そのとき、そこに穴が出来て、空気の通過による呼吸が可能なことを確認する。

その上で、次に肉体の外側から、その穴の部分を指先で突いてみると、なんと、その指先が折れているはずの部分には、通常の歯がキチンと存在しており、指先で歯を外側から認識したときのみ、「その穴」はふさがり、呼吸が不可能となるのだ。かなりの空気量を「吸い込んだり出したり」しているため、急に呼吸困難となるこが観測された。　また重要なことは、外側からの認識と、内側での認識では、別のチャンネルであり、私の脳内では、「折りたたんだ歯」と「元の位置にある歯」が同時に認識可能であるという事実である。

つまり、面白いのは、「突いた瞬間のみ空気が遮られ、離すと、すぐに空気が流動するのが確認できる」という点である。

私の舌は量子化し、どのような身体の部位にもアクセス可能である（血管や脈動など時間性の関わるモノには、アクセス不可能だが）。その他、歯を口腔内で「上から下に落とせば、宙ぶらりんの状態で、上側に3本くらいの細く丈夫な『量子肉体設計図の糸状のヒモ』が、下がり下の肉に近ずく瞬間、上側の量子ヒモは消え去り、下側に2本の量子ヒモが出現する」という、ようするに、単独で宙ぶらりんにはなれない法則があることが観測された。

私はどうやら通常人ではないらしい。医師が、いかに現在定説の診断をしても、それらは、物理学の「量子の性質」を知らない「普通の歯科医」であって、私が、超能力実験をしかけてくる教え子に対し、テキトーに「ビー玉は、右手か左手か？」という挑戦を、受けても、「雰囲気で答えが見えている」ので、正答率100％なのは、我ながら恐ろしい。特に「児童のズルさえ、なぜか見えて」しまい、『どちらにもビー玉はない』という自身の答えが、正答と知ったときは逆にショックを禁じ得なかった。

私の肉体の細胞には、不思議な「ブラックマター」が存在し、似たモノが、私という観測者が産まれたと同時に産まれた「この全宇宙の時空（相補分化した自分自身）」にも、同じパターンが現れているのが不思議であり、もはや、私の舌などは、量子化しやすく、いかなるものも、すり抜ける事が可能であり、「超能力・気功」の類も、すべて「量子化した肉体や気分、のコントロール」で説明がつくのは、ほぼ間違いなかろう。

前職が「教員」で、今は少し療養中にて「私を実験材料にしたら、さぞや多くの法則性が見つかるだろうに・・・」。誰も接近してこないのが不思議である。では、また。

No.3 回答者： psytex 回答日時： 2014/09/25 00:12

＞電子を１個づつ発射する事は実験装置的に可能なのでしょうか？

ガイガーカウンターは、普通に電子線１個ずつ観測していますが。
大事なのは、２個が同時に両側のスリットを通らない事であって、
正確に１個ずつ数える事ではありません。

＞１発づつ発射した電子を２個しかないスリットに命中させる事が
＞可能なのでしょうか？

命中しなければ、そのスリットの周りの板に吸収されるだけです。

＞１個だけでも干渉縞の確率分布で観測されるのでしょうか？

意味が分かりません。
１個ずつは、スリットの縁の散乱効果でランダムにスクリーンに
痕跡を残します。

＞電子を１個づつ発射したとしても時間を越えて過去にスリットを
＞通った電子と干渉しているという事はありえないのでしょうか？

「時間を越えた干渉」を可能にするのは、どのような相互作用で
しょうか？
通常の電子間の相互作用（電磁力）は、光子の交換によるもので、
そのような事は不可能です。

＞つまり１個の実験装置で１個づつ時間をあけて発射するのではなく、
＞実験装置を膨大に作ってそれぞれの装置では電子１個だけ発射
＞してその膨大な実験装置の結果を集めると電子は干渉縞になる
＞のでしょうか？

１つ前の質問への回答で、もうその実験をする必要はなくなってい
ますが、やっても同じ事です。
１個の電子（の存在確率の広がり）が、同時に２つのスリットを通過
して、その可能性同士が干渉しているのですから。
もっと原理的な、複数の素粒子による２つの状態、ＡとＢにおいて、
ＡからＢになる確率は、ＡからＢにいたる複数の可能性の持つ確率を
全て足し合わせたものになる＝全ての経路を同時に経る、という
「経路積分」という現象にも表れています。
ご質問のような心配が無用です。

No.2 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2014/09/24 22:03

＞電子を１個づつ発射する事は実験装置的に可能なのでしょうか？

　#1さんの回答。

＞そして、１発づつ発射した電子を２個しかないスリットに命中させる事が可能なのでしょうか？
　命中させる事は可能です。可能ですが、そこまで外部強制力を強くすると、どちらか一方のスリットに電子が命中したという結果が得られるだけで、干渉縞は得られません。

　望む状況はそうではありません。電子がどっちのスリットを通るかわからない状況で観測したいのです。そういう状況であっても古典力学では、電子はどっちかのスリットに命中するか、スリットからあらぬ方向へ行くだけで、干渉縞は出来ないはずです。しかし現実には、干渉縞が出来ます。

＞電子を１個だけ発射できたとします。１個だけでも干渉縞の確率分布で観測されるのでしょうか？
　もちろん観測されませんよ。スリットの後ろのスクリーンに現れるのは、１個の電子に対して１個の輝点だけです。そうではなく、十分長時間をかけて電子を１個ずつ発射し、１個ずつ現れる電子の輝点の集合全体を眺めてみると、（何故か）干渉縞になっている（^^；）、という訳です。

　この結果は、電子が共時的に自分自身と干渉すると仮定した量子力学の計算結果と一致します。従って、

＞・・・実験装置を膨大に作ってそれぞれの装置では電子１個だけ発射してその膨大な実験装置の結果を集めると電子は干渉縞になるのでしょうか？

の答えを言うと、全体としては統計的に同じ干渉縞になるんです。これを根拠にして、

　　・電子は共時的に自分自身と干渉する．

と考えられています。よって現在のところ、電子が過去と干渉するという方向は不要と考えられていますし、電子は波動のように「も」振る舞うと考えられています。もちろん粒子でもあるのですが。それが量子の不思議なところです。


　過去と干渉しているとしか考えざる得ないという傍証でもあれば、本当にびっくりなんですけどね。現実は、そうも行かない(^^；)。