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量子論についての質問です。                                    
人によって見解が別れると思うのですが、回答お願いします

1 高校の教科書と辞書を漁って考察してみましたが、コンプトン効果とド・ブロイ波をつじつまが合うように考えると、「粒子でも波でもない状態がミクロの世界では存在し、両者とも、エネルギーへと変わるにはこの状態に一度ならないといけない。」という考えに至りました。
これは正しいのでしょうか?違うのであれば実際どうなっているのでしょうか?

2 電子の二重スリット実験において、観測するのとしないので粒子性を持ったり波動性を持ったりするそうですが、どうしてそうなるのでしょうか?
現段階でわかってる範囲までで教えて頂けると幸いです。

A 回答 (6件)

まともに答えると、それが量子論や、場の量子論そのものになるので、不可能。

イメージだけ。

粒子であり、波動でもある・・・・って表現が誤解を与えるのかもしれませんね。

素粒子は、力を伝えるもの(光子とかグルーオンとか)と、物質を作る要素になるもの(電子とかクオーク)がありますが、どちらも、空間の至る所になぜか場が存在し、その場がエネルギーで励起し振動しながら波のように伝わる。だから、力も、物質も、もとは全部波なのです。その波というかエネルギーの塊が、相互作用なしで空間を飛んでるのを観察すると、まるで粒子のように見えるってことですね。不思議なことですが、全ては波って考えるってことなのです。

位置と運動量を同時に決められない不確定性も、波って考えるとわかりますね。波は空間に広がっているんで、ある場所だけを見ていると、ある時間経過しないと全体の挙動がわからない。一瞬にして挙動を知りたい、ある空間の広がりを同時に観察しなければならない。不確実性も波の性質そのものです。

人間はもともと、物質を粒子だと思っていたので、波動性、粒子性の2面性とかいいますが、そうではなくて、すべて波動なものを、たまたま粒子と見ていると考えれば、不思議ではないってことなのです。

それじゃあ、そのへんの机とか、車とか、人間の体とか、物質ってなんなの?ってことになりますね。実は、そのマクロな物は、その波というか、エネルギーの塊が、ある力の相互作用によって、中性子や陽子内部に閉じ込められ、さらに、電磁気力で原子内に電子を閉じ込めた、原子というものが基本にあります。ミクロに見れば、原子内部では、波に近い現象がずっと起こっているんだけど、起こったとて、まわりから見たらそれなりに安定している。日常においては、化学反応と、一部、原子核反応を除けば、粒は安定して存在するので、いかにも物質としての粒があるかのように考えても差し支えないってことになります。

実際、そこらへんの板や鉄も、人間の体も、ミクロに見れば、原子核は点みたいに小さい。電磁力で電子を通じてかたまりになっているだけなのです。つまり、中はスカスカですね。水素原子で考えれば、東京駅に1mの原子核があれば、電子の軌道は100kmはなれた水戸や高崎や宇都宮や箱根です。関東地方の空間は何もない・・・・。でも、力によって結びついて、物質に感じる。ものの硬さは、電磁力の反発力ってことですね。

マクロな物質を分解した延長上には、素粒子はないってことだと思います。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
物質の根本が波というのは超ひも理論の話でしょうか?
Newtown等で読んでいた話が段々と繋がって来ていて面白いです。

お礼日時:2017/02/28 00:07

普通の素粒子の確立された標準モデルです。

場の量子論が使われます。超弦理論のことではありません。
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No2です(^^)


コンプトン効果は、X線を電子に照射したとき、X線が粒子性を現すものですね。
X線は電磁波という波で光の仲間なのですが、X線を波と考えるとコンプトンが得た実験結果が導けないんですね(^^;)
ド・ブロイ波は、粒子と思われていた電子なども波動性を示し、その波動性の波のことで、物質波とも呼ばれます。
先ほど、「粒子でも波でもない状態がミクロの世界では存在し」は正しいと書きましたが、
これは電子などの「実在」が、通常でいう粒子や波ではないという意味で、粒子性や波動性を示さない何らかの状態と言う意味ではありません。
電子の二重スリット実験の場合、電子は自分自身の波(波動性)と干渉を起こします。
しかし、スリットは2つのままで、片方のスリットに電子が通過した事が分かる実験装置を置くと、とたんに波動性(干渉縞)が消えます。
電子が、実験装置を置いたスリットを通るか通らないかにかかわらず、波動性が消えてしまいます。
あたかも普通の粒子がスリットに飛び込んだみたいな振る舞いを見せます。
実験装置をスリットに置かない場合、電子は2つのスリットを通過した、または、どちらかのスリットを通過したと考えることに意味は無いと解されます。
なんだか面倒な話ですが、ファインマンという大物理学者が「量子力学を理解している者はどこにもいない」と言わしめたくらいですからねぇ~(^^;)
で、いつ波動性を示し、いつ粒子性を示すのかは、今のところ不明です。
よく言われる事ですが、月を誰も観測していないならば、月は波になっているのか?・・・って、いうと、そんなこと誰もそう思わないでしょうからねぇ~(^^;)
それから、エネルギーの話ですが、光は波と考えてもエネルギーを導き出せますし、粒子と考えた場合、「光子」のエネルギーは分かっているんです。
「エネルギーへと変わる」の意味がよく分かりませんが、波であっても粒子であってもエネルギーはあります・・・質問の意味とは違うかも知れませんね(^^A)
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マックスウエルの悪魔

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1 「粒子でも波でもない状態がミクロの世界では存在し」は正しいと思います。


かなり昔、「ウエービクル」(ウエーブとパーティクルを合わせた造語)があり、
それは、波と粒子を併せ持った「何か」を指していました・・・朝永振一郎の著作に出ています。
しかし、「エネルギーへと変わるにはこの状態に一度ならないといけない」は何を意味しているのでしょうか?
よかったら、どうしてそう考えたのかお聞かせ下さい。

2 どうしてそうなるのか?・・・それは未だに謎です。
マクロ系と干渉することにより、粒子として観測される、とか
粒子として観測するたびに世界が分離するとか(所謂、多世界解釈・・・宇宙論で注目されているいるようです)
いろいろな考えがあるようですが・・・。
この問題は「観測問題」として扱われていますが、解決には至っていません。
フォン・ノイマンは、数学的に粒子性が現れる事が証明できない事を示し、
仕方なく(?)人間中心原理・・・つまり、人間の神経系が絡んで、粒子性が観測されると主張していますね(^^;)
しかし、注意して欲しい事は、粒子性を持ったり、波動性を持ったりして、一体どっちなの?
という感覚は、あくまで人間から見たもので、自然界が人間の感覚に沿って作られているという保証も必然性も無いと言うことです。
これは、科学者一般の見解だと思います。
そう考えると、「ひも理論」や現代宇宙論の感覚的に気持ち悪い理論(ある意味で馬鹿げた理論^^;)を何故真剣に議論しているのかが分かるのではないでしょうか?
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この回答へのお礼

ミクロの世界では対生成と対消滅が絶えず起きていると聞いたことがあり、その状態も波でも粒子でもない状態と考えました、また波においてもコンプトン効果が起きている瞬間はそういう状態なのだと考えると、質量←→エネルギー←→波の変換時には必要な形態なのかな、と考えるに至りました。
返信の仕方が分からず、お礼で答えさせてもらいました。回答ありがとうございます

お礼日時:2017/02/27 18:47

1.一般的には、粒子性と波動性が同時に存在すると考えます。

 どちらでもないなら、存在しない事になります。
2.観測以前ならば、粒子性と波動性が同時に存在していると考えるので、どちらなのかはわかりません。 観測後は、粒子として、観測されます。 どちらにしろ、観測した後しかわからないので、観測していない時にどのような状態かは、わかりません。 つまり、観測したから粒子になるとか、観測しないと波動性とかの問題では無いです。 どちらも、同時に成り立っていると考えるしかないです。
二重スリット実験の場合は、スリットが一個の場合は干渉が起きず、スリットが二個の時は干渉が起きるだけです。
一見不思議に思えるのは、スリットが二個の場合は、電子などを1個ずつ放射しても、電子の観測点での分布に干渉が見られる事です。 ただし、これは電子が両方のスリットを通ったなどと言う事を証明しているわけでは無いです。
前に通った電子と、次に通った電子の軌跡が干渉しているように見えると言う事です。
単純に考えれば、電子の軌跡は、その波動力学的確率により、二個のスリットのどちらかを経路とした、確率分布となり、結果として、それが干渉を起こしていると言う事しか言えません。
これは、これで不思議ではありますが、量子力学的には、実験結果が示していて、理論式にも合致しているので、そのような事が起きていると解釈するしかありません。(もちろん、別の解釈も可能です)
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
電子は波動力学的確率に従った挙動をし、それが結果的に干渉の模様を示す。という解釈で宜しいでしょか?

お礼日時:2017/02/27 18:54

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