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電子や光子の二重スリット実験に出てくる
「確率波」とはどういうイメージの波なのでしょうか?

素人でもイメージしやすいように説明いただけると助かります。
よろしくお願いいたします。

A 回答 (3件)

光は「粒子」と「波動」の両面性を持っています。

波動としての「干渉」や、粒子としての「光電効果」などで、その実在は観測することができます。

 電子は「粒子」ですが、光と同様に「波動」としての性質も持っています。
 電子も、「1個」だけが二重スリットを通過させると、特定の1カ所に到達しますが、電子の数を増やしていくと、到達点の分布が縞模様を作ることが実験で観測されます。つまり、電子も波動としての性格を持ち、干渉縞を作るということです。
(たとえば、下記の動画の7:00あたりからを見てください)
http://www.film.hitachi.jp/movie/movie792.html

 波動としての「干渉縞」と、粒子として「特定の1点に到達する」ということの両面を説明するものとして、「確率波」という考え方が提唱されています。
 粒子として、ある「特定の1点」に到達するが、多数の粒子を統計的に扱うと、その「特定の点」は1っ点ではなく、ある「確率によって分布」する、というものです。その「1点」は確率によって決まり、決定論的に「その位置」が確定するわけではない、という考え方です。
 そして、シュレディンガーの「波動方程式」の解としての「波動関数」を2乗したものが、この「粒子の存在する確率」に相当するものとされ、その意味で「波動関数」によって表わされる「波」を「確率波」と呼ぶようです。
(こんなサイトも参照ください)
http://homepage2.nifty.com/einstein/contents/rel …
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この回答へのお礼

お礼が遅くなり申し訳ありません。
回答、ありがとうございます!

参照いただきましたサイトがとても興味深かったです。
「干渉実験の結果は、こう理解できる。たくさんの電子を飛ばしてできた干渉じまの濃い薄いのは、それぞれ電子がスクリーン上に到達する確率が高いところと低いところである。そうなると、波特有の現象である干渉じまの濃淡は、それにどれくらいの電子が粒としてあるかないかの確率分布で言い表すことができるのだ。」

この部分が確率波をイメージする助けになりました。

お礼日時:2015/10/23 09:08

簡単に言うと、確率は電子の位置の存在確率が波の性格を持っていると言う事で、実際の波では無いです。


No.1の回答者の人が紹介しているリンクの動画を見れば、多数の電子がスリットを通過するにつれ、干渉縞がはっきり見えてくるのがわかると思います。
どちらのスリットを通過するかの確率が波の性質をもっているので、あたかも波がスリットを通過した時のような干渉縞が生まれます。(これは電子がスリットを通過する時にどこに向かうかの確率が波のようにゆらぐので、結果として電子が到達する位置が一定の範囲に集まる事により生じるとされています)
あくまで解釈の問題ですが、実験とは一致するので、確率波は2つのスリットを通る事が出来るので、結果として電子が到達する範囲に偏りが出来て、干渉縞が生じると解釈すると言う事です。
注意しなければいけないのは、2つのスリットは同時に空いていないとこの現象は起きないと言う事です。
2つのスリットの片側を前半は閉じて、後半は逆側を閉じた場合、この実験を行っても、干渉縞はあらわれません。
もちろん、電子がスリットを通るまでは波で、実際に2つのスリットを通っているという解釈もありえます。
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この回答へのお礼

お礼が遅くなり申し訳ありません。
回答、ありがとうございます!

>あくまで解釈の問題ですが、実験とは一致するので、確率波は2つのスリットを通る事が出来るので、結果として電子が到達する範囲に偏りが出来て、干渉縞が生じると解釈すると言う事です。

この部分が分かりやすかったです。
あくまでも量子力学は「解釈」という曖昧な言葉の上に
成り立っている学問なのかな?と思いました。

お礼日時:2015/10/23 09:13

全部を観ることをお勧めしますが、お急ぎなら、7:00くらいから見て下さい。


http://www.film.hitachi.jp/movie/movie792.html

電子の数が少ないうちは、ランダムな模様に見えています。
電子の数が増えると、スクリーン上に縞模様が出来て、統計的に波の性質が見えてくることになります。
すなわち、電子の波は確率波であることがはっきりしたわけです。
どっちのスリットを通ったか不確定=確率=統計的って感じです。
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この回答へのお礼

お礼が遅くなり申し訳ありません。
回答、ありがとうございます!

載せてくださった動画見ました。
とても面白かったです!

お礼日時:2015/10/23 09:03

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