量子力学

こんにちは大学で物理の研究をしているしば@akahire2014です。 量子コンピューターが最近話題になって、量子力学というものを聞くことがあると思います。 ただ「量子力学って調べてみるけど、全然わからない。。。」 そうなるのも当たり前です。 僕は高校生の時に量子力学に興味を持って、大学の物理学科に進学しましたが、量子力学を学び始めたときは全然わかりませんでした。 この記事では量子力学という単語初めて知った超初心者の方向けに「二重スリット実験」と「観測問題」について解説してみました。 量子力学の量子って何? 量子というのは簡単に言うとめっちゃ小さい粒々（厳密ではない）のことです。 高校や中学校の理科の授業で、原子というものについて習ったことがあると思います。 「すべての物質は切り刻んでいくと原子という最小単位の粒々で出来ている。原子をもっと分けると原子核と電子に分けることができる。」 実は原子核の中にもまだまだ粒々が入っていて、その粒々の中にはまた粒々が入っています。 ややこしくなってきたので整理してみましょう。 驚くかもしれませんが、陽子の中にもまだ粒々が入っています。 この陽子と電子くらいの大きさの世界を量子力学では扱っています。 私たちの日常のスケールが大体1m定規くらいのスケールだとすると、量子力学の世界は大体10-10m以下くらいのスケールです。 つまり1m定規を10000000000回切り刻んだくらいの世界になっています。 量子力学の世界はめっちゃ小さい 定規のメモリを100億回以上切り刻んだくらいの大きさ 事前準備 二重スリットの実験では波の回折と干渉という現象が起こるのですが、これらがどういう現象かここで説明しておきます。 回折 波は回折という現象を起こします。これは狭い隙間を波が回りこむ現象です。 干渉 隙間を二つ作ってあげましょう。こういう隙間のある板をスリットと言います。 干渉と聞くと難しく感じるかもしれませんが、要するに波の足し算が起こっているだけです。 画像の緑色の部分では波が重ねあわさって高くなっています。それを横から見たのが下の画像です。 逆に逆向きの波が重なると低い波ができます。 また同じ高さで逆向きの波がくると高さは0になります。 強め合いと弱め合いが起こると、結果波の干渉によって以下のようなパターンが観測されます