量子力学とは
量子力学は、微小なスケールで物理現象を記述するための物理学の分野であり、原子や分子、素粒子の振る舞いを説明するために用いられます。量子力学は、古典力学のような従来の物理学とは異なる特殊なルールに従います。
量子力学の重要なコンセプトの1つは、物理量（位置、運動量、エネルギーなど）が離散的な値しか取り得ないということです。これは、エネルギーや運動量などの物理量の値が、連続的である古典物理学とは対照的です。
量子力学の別の興味深い特徴は、シュレディンガー方程式によって記述される確率的な性質です。つまり、物理系の状態を予測することができますが、どの状態が現実に観測されるかはランダムであり、確率的な現象が存在することを示しています。
シュレディンガー方程式を解りやすく説明するために「シュレディンガーの猫」というものを紹介します。
シュレディンガーの猫
シュレディンガーの猫は、量子力学の基本原理を示すために提案された思考実験であり、1935年にオーストリアの物理学者エルヴィン・シュレディンガーによって考案されました。
この思考実験は、密閉された箱には放射性物質の入った装置があり、その放射性物質が崩壊したか否かによって、毒ガスが放出される仕組みになっています。箱の中には、毒ガスによって死んでしまう可能性がある猫がいます。
このシステムは量子力学の原理に基づき、放射性物質の崩壊が確率的な現象であることを考慮しています。つまり、観測する前には、放射性物質が崩壊しているか否かは不確定な状態にあります。
ここで、量子力学の観測者効果を考えます。つまり、猫の生死を確認するために、箱を開けて観測することで、システムの状態が確定されます。つまり、箱を開ける前には、猫は生きているか死んでいるかのどちらかの状態にはなく、生きている状態と死んでいる状態の両方の状態にあるということになります。
ものすご～く簡単に言うと、猫が入っている箱があります。その箱の中には放射性物質が置いてあり、それが崩壊する確率は1時間に50％です。放射性物質が崩壊すると、毒ガスが発生して猫が死ぬ仕組みになっています。
1時間後、その時点で猫の生死は確定しておらず、箱の中では猫が死んでいる状態と生きている状態が重なり合った状態です。観測者が箱を開けて確認して初めて猫の生死が確定するということです。
この思考実験は、量子力学において観測者効果が物理系の状態にどのような影響を与えるかを示すために考案されたもので、量子物理学の重要な原理の1つとなっています。また、この思考実験は、量子物理学の解釈の難しさを示すものでもあります。量子力学では、物理系の状態が確率的な性質を持つため、物理系を古典的な物理的対象として考えることが困難であることが示されています。
まとめ
量子力学は、観測者が物理系に干渉すると、物理系の状態が変化するという観測者効果と呼ばれる特徴も持っています。この効果は、測定するための装置を使用することで物理系に対する影響を与えることによって起こります。このため、量子力学では測定するための装置の選択によって、物理系の状態が変化することがあります。
量子力学には、エンタングルメントという現象があります。エンタングルメントは、2つ以上の量子系が非常に密接に関連していることを示し、1つの系の状態を観測することが、他の系の状態に影響を与えることがあります。この現象は、量子コンピュータや量子暗号の開発に重要な役割を果たしています。
量子力学は、現代物理学の中でも最も成功した理論の1つであり、原子、分子、素粒子物理学の研究において不可欠なものです。ただし、量子力学の解釈にはまだ多くの謎があり、物理学者たちは、その理論が説明する現象についてさらに研究を進めています。
ここまで読んで、あなたはどう思いましたか？
「こんなこと考えてもしょうがない」と思いませんでしたか？
それ正解です。私も昔そう思いましたから…
こんなことは頭のおかし……もとい頭の良い人たちが時間をかけてじっくり考えればいいことです。
我々一般庶民にそんな暇も必要性もありません。もはや神の領域です。
この記事を読んで量子力学に興味を持ち、もっと知りたいと思ったなら、あなたは天才かもしれません。
期待しています。
