量子論／量子力学　 
　
　　　　　　　　…… その最前線  

　



　量子論・量子力学についての、最先端の情報を提供します。
　「量子力学では何がわかるか？」という初心者向けの解説ではありません。
　量子力学の最前線では、どんなことが課題となっているか？
　── ということを、考察します。
　わかっていることではなく、わかっていないことを、調べようとします。

　最初は、観測問題という量子力学のパラドックスを扱います。
　それを解決するために、新たなモデルを提出します。

　成果：
　　・　観測問題について、根源的に解決する。
　　・ 「無限大の発散」の問題を、根源的に解決する。
　　・　量子力学と相対論の統合について、道筋をつける。


　目次  

　　　　(1) シュレーディンガーの猫　　　（初級〜上級）　《 重要 》
　　　　(2) 簡単な要約　（下記の三つの）　（初級〜上級）
　　　　(3) 物理学における問題　　　　　（上級〜専門家）
　　　　(4) 観測の意味　（図による説明）　（上級〜専門家）
　　　　(5) カシミール効果の重要性　　　（上級〜専門家）
　　　　(6) 超球と超ヒモ　（ 基本原理 ）　　（上級〜専門家）《 重要 》
　　　　(7) 力とは何か　　（ (6) の続編 ）（上級〜専門家）　
　　　　(8) 二重スリットと観測問題　　　（上級〜専門家）
　　　　(9) 細々とした周辺的な問題　　　（上級〜専門家）

　　　　(10) 本サイトの意図　　　　　　　 （うるさい人向けの雑談）
　　　　(11) Open ブログ　の個別項目　　　（物理・天文の話題全般）
　　　　　　　　（例）　超球理論の数式


　上の (1) 〜 (7) の順にお読み下さい。
　なお、(6) の「目次」から英文版をたどれます。英文版が最も専門的です。
　　　（ 和文版である (6) は、短縮版です。英文版の前半に相当します。）
　　　（ 英文版の後半では、「場とは何か」という問題を扱います。）
　最後の (8) (9) (10)は、あまり読む必要はありません。
　（ (8) は、本サイトの意図を誤解されないための解説で、オマケです。）
　（ (9) は、内容が古くて不正確になっています。(10) は、些末な話題です。）

　　　　※　他に、「玉突きモデル」「トンネル効果の本質」「電磁場のモデル」というページも
　　　　　　 あります。ただ、他のページを読むならば、特にこれらを読む必要はありません。
　　　　※　「重ね合わせとは何か」というページは、(1) からたどって読んでください。

　　　　※　いずれも数式は使われていません。モデル的な解釈だけを示します。
　　　　　　（解釈はともかく、数式は、従来の量子力学と同じです。）

　　更新履歴　
　　　　2007年では、(1) (7) (8) (10) のみを更新しました。（他は不変。）
　　　　過去の更新履歴については、おおまかには次のページを参照。
　　　　　　　→　Open ブログ　の個別項目


　核心  

　このサイトで示すことの核心を示せば、以下のようになる。従来の説と対比させる形で示す。


　【 従来の説 】
　量子は、ただの粒子でもなく、ただの波でもなく、粒子と波の双方の性質をもつものである。（つまり、粒子でもあり、波でもある。）

　【 本サイトの説 】
　おおまかには、量子は、粒子と波の双方の性質をもつものである。（ここまでは従来の説と同じ。）
　ただし個々の場合では、量子は、粒子と波のどちらか一方の性質をもつ。あるときは粒子の性質をもち、あるときは波の性質をもつが、双方の性質を同時にもつということはない。


　具体的に言おう。本サイトの説では、量子の形態は、次のようになる。
　　　　　　　　粒子　　→　　波　　→　　粒子
 　つまり、ここでは、形態の転換が起こる。粒子と波の双方である（双方の性質をもつ）のではなく、どちらか一方だけがある。

　比喩的に言おう。
　イソギンチャクに似た下等生物があった。この生物を見て、ある研究者は「オスだ」と主張し、ある研究者は「メスだ」と主張した。その後、よく調べると、どちらの説も正しいとわかった。そこで、この生物については「オスとメスの双方の性質をもつものであって、雌雄同体である」という結論が出た。
　しかし、よく調べると、同時にオスとメスであることはない、と判明した。そこで、「雌雄同体ではなく性転換があるだけだ」という新たな説が生じた。つまり、雄にも雌にもなるのだが、同時に双方が成立することはなく、相互転換があるだけだ、という説だ。

雌雄同体
♂♀

性転換
♂
 　→  
　←  
♀

　量子についても同様だ。量子は、粒子にも波にもなるのだが、同時に双方が成立することはなく、相互転換があるだけだ、という説がある。それが本サイトの説だ。

　具体的な例に当てはめるなら、二重スリットの実験がある。
　二重スリットの実験では、次の三つの場所がある。
　 ・ 電子の発射点
　 ・ 途中の空間（真空）
　 ・ 電子の到着点
　この三つの点において、量子の存在する位置は異なる。最初と最後（電子の発射点と到着点）では、電子は一点に局在しているので、電子は粒子である。途中（真空）では、電子は広範な場所に遍在しているので、波である。

　　　　　　　粒子　　　　　　　　　　波　　　　　　　　　　　粒子
　　　　　　　●　)))))))))))))))))))))))))　●


　従来の解釈では、「一つの電子が二つのスリットを同時に通る」というふうに説明された。仮にスリットが無限にあれば（つまりスリットを含むついたてがない真空であれば）「一つの電子が無数のスリットを同時に通る」というふうに説明される。（一つのものが無数に増殖するので、あまりにも不自然である。）
　新しい解釈では、二つのスリット（または無数のスリット）を通るものは、一つの電子（粒子）ではなく、波である。波ならば、広い範囲を同時に通るのは、不思議でも何でもない。

　従来の解釈では、スリットを通るものは、粒子であり、同時に、波の性質をもつ。
　新しい解釈では、スリットを通るものは、粒子ではなく、ただの波である。

　従来の解釈では、「粒子である（局在する）」という主張と、「波である（広く遍在する）」という主張とを、同時に取ったので、おかしな結論が出る。
　新しい解釈では、「粒子のときは粒子、波のときは波」というふうに、どちらか一方だけを取るので、おかしな結論は出ない。局在するときには局在するし、遍在するときには遍在する。双方が同時に成立するということはない。

　要するに、「雌雄同体」ふうの解釈（同時成立）を取ると、おかしな結論が出るが、「性転換」ふうの解釈（相互転換）を取ると、おかしな結論は出ないのだ。

　なお、実験的には、本サイトの主張が支持される。つまり、「粒子と波のどちらか一方の性質をもつが、双方の性質を同時にもつということはない」ということが、実験的に支持される。「粒子性と波動性の双方がともに現れる」というような現象は、これまで一度も発見されていない。現象ごとに、あるときは粒子性だけが現れ、あるときは波動性だけが現れる。どちらか一方だけなのだ。このことは、本サイトの主張には合致するが、従来の主張には合致しない。
（例。二重スリット実験では、「一点で観測される」というときには粒子性が現れ、「広く遍在する」という波動性は現れない。「干渉がある」というときには波動性が現れ、「干渉がない」という粒子性は現れない。）

　ともあれ、「波と粒子の相互転換」というモデルを、本サイトは提出する。


　実験的にはどうか？　有名な例で、外村彰の実験がある。この実験を見ると、事情はいっそうはっきりする。
　この実験では、電子を一個ずつ発射する。にもかかわらず、発射を何百回も繰り返すと、その何百回もの電子の分布が、干渉縞を描くのである。
　　　→　外村彰の実験　　（リンク切れ）
　　　→　外村彰教授の実験　（図６ の箇所）
　　　→　experiment by Akira Tonomura （動画）
　これをどう解釈するか？　


　【 従来の説 】
　この実験では、一個ずつの電子がたがいに干渉したのである。異なる時点の電子が、たがいに干渉したのである。

　【 本サイトの説 】
　この実験では、単に波が干渉するだけだ。その結果として、エネルギーの分布としての干渉縞が現れる。エネルギーの分布は、確率を与える。そのせいで、確率的に干渉縞が現れるだけだ。


　従来の説では、時点Ａの電子と、時点Ｂの電子が、たがいに干渉する。たとえば、2000年の電子Ａと、2002年の電子Ｂが干渉する。こういうことは、あまりにも不自然だ。
　本サイトの説では、単に、波が干渉するだけだ。その結果として、エネルギーの分布を通じて、確率的な干渉縞が現れるだけだ。干渉するのは（物質として現れる以前の）波やエネルギーや確率だけであって、（現実の物質としての）粒子が干渉するわけではない。だから、何も不自然なことはない。

　こうして、外村彰の実験を通じて、どちらの説が現実をうまく説明するかが明らかとなる。「量子は粒子と波の双方の性質をもつ」というような解釈では、外村彰の実験をうまく説明できないのだ。


　結論。
　以上のすべてをまとめて言えば、次のようになる。


　従来の学説は、量子を「粒子と波の双方の性質をもつもの」というふうに描写する。その際、基本としては、「量子は粒子である」と立場を取る。
　その結果、「一つの粒子が複数の状態をもつ」（一つの粒子の可能性が広く分布する）（重ね合わせ状態にある）という奇妙な表現を取るようになった。その奇妙さが、さまざまなパラドックスとして現れた。次のように。
  • 　シュレーディンガーの猫は、「生と死」という双方の状態にある。
  • 　二重スリット実験では、一つの電子が二つのスリットを同時に通る。
  • 　量子は、粒子として一つの場所に局在し、かつ、波として広い場所に遍在する。
 　こういう奇妙な結論が出る。その理由は？　話の最初に、「波の性質をもつ粒子」というものを考えたからだ。
　だから、そういう根源的に矛盾した発想を、捨てればよい。かわりに、「粒子と波の相互転換」という発想を取ればよい。そうすれば、すべては整合的に理解される。



　　　　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*　　*


　※　もっと詳しい話を知りたければ、目次から、各ページをお読みください。
　※　とりあえず一つだけ見るなら、「玉突きモデル」のページをご覧ください。
　　　このページでは、「粒子と波の相互転換とは何か」を、説明しています。