オーストリアの物理学者 E.シュレディンガーは
量子力学の立役者の一人ですが
その名を有名にしたのは
実際には行われなかった実験でした:
それはネコにまつわる思考実験です
ネコを箱に入れて封印したとします
その際に―
一定時間内に50%の確率で
ネコを殺してしまう装置を一緒に入れたとしたら
最終的に「ネコの状態はどうなるだろうか？」と
問いかけたのです
常識的に考えればネコは生きているか
死んでいるかのどちらかですが
シュレディンガーによれば
量子力学に従うと
箱を開けてみるまでは
ネコは生きていると同時に
死んでいる状態だというのです
箱を開けた時にのみ
その状態が確定します
それまではネコの生死は
はっきりとせず確率的で
半々の状態なのです
そんなばかな
これがシュレディンガーの見解でした
量子力学はあまりに
哲学的に矛盾しているとして
自身が関わってきた
この学説を放棄して
生物学に関する執筆へと
転じました
ばかばかしく思えるかもしれませんが
シュレディンガーのネコは現実なのです
実をいうと 欠かせないものなのです
量子的な物体が同時に２つの状態で
あることが不可能だったとしたら
今 レッスンを見ている
このコンピュータも存在しませんでした
重ね合わせという量子現象は
全てのものが持つ
波と粒子の二面性の結果です
ある物質が波の性質を有するには
空間的にある程度
広がっていなければなりません
つまり 同時に複数の位置を
占めなくてはならないのです
物質の波長はある程度の
空間までには限定されますが
これを完全に定義することはできません
つまり さまざまな波長で
同時に存在するのです
日常の物質ではこの波動の特性を
目にすることはありません
その理由は運動量が増加すると
波長は短くなるからで
その点では ネコは大きくて
重すぎるのです
１つの原子を太陽系の大きさに
膨らませたとすると
物理学者から逃げる
ネコの波長は
その太陽系内の原子と
同じぐらい小さくなってしまいます
あまりに小さくて ネコの波動的ふるまいを
見ることはできません
しかし 電子といった小さな粒子は
この二重性の劇的な
証拠を示します
電子を衝立に空けた２つの
細いスリットに向けて撃ち出すと
各電子は粒子のように振舞い
ある瞬間に反対側の
ある一点で検知されます
しかし この実験を何度も繰り返して
各粒子の軌跡を追跡していくと
波動の特徴を示すパターンを示すのです
一連の縞 ― これは
複数の電子の存在する場所と
何もないところに分かれています
片方のスリットを塞ぐと
この縞が無くなってしまいます
それでこのパターンは各電子が同時に
双方のスリットを通り抜けた
結果であることを示しています
一つの電子が左右の行先を
選ぶのではありません
左右同時に通り抜けるのです
この重ね合わせの状態が
現代の技術へとつながります
原子核の近くにある電子は広がりのある
波状の軌道に存在しています
２つの原子を互いに近づけると
電子は一方の原子に
属しているのではなく
原子間で共有されます
これが化学結合の仕方です
ある分子の１電子は 原子Aまたは
原子Bではなく A+Bに属し
原子をさらに追加していくと
電子はさらに広がってゆき
数多くの原子間で
同時に共有されます
固体の中の電子は特定の原子に
結合しているわけではなく
すべての原子間で共有され
広い範囲に広がっています
この巨大な重ね合わせの状態が
物質を通り抜ける際の
電子の動きを決定して
物質が導体か 絶縁体か
半導体になるかを決めます
電子が原子間でどのように
共有されるかを理解する事で
シリコンのような半導体の性質を
制御することができます
異なる半導体をうまく結合すると
一つのコンピュータチップ上に
何百万もの小さなトランジスタを
搭載することができます
半導体チップと
広い範囲に分布する電子が
このビデオを見ている
コンピュータに動力を与えます
インターネットはネコのビデオの共有ために
あるというのはお馴染みの冗談ですが
深くさかのぼってみると
インターネットが存在しているのは
オーストリアの物理学者と想像上のネコの
おかげなのです