< Return to Video

ハイゼンベルクの不確定性原理とは何か？- チャド・オーゼル

  • 0:07 - 0:11
    ハイゼンベルクの不確定性原理とは
    量子力学に端を発し
  • 0:11 - 0:15
    ポップカルチャーにまで浸透した
    思想の一つです
  • 0:15 - 0:18
    それによると物質の
    正確な位置と正確な速度を
  • 0:18 - 0:23
    同時に知ることは不可能であり
    また あらゆることの比喩として
  • 0:23 - 0:26
    文芸評論やスポーツのコメントにも
    使われています
  • 0:26 - 0:29
    この不確定性は通常
    測定によってもたらされたとされ
  • 0:29 - 0:35
    物質の位置を測定すると
    速度を変えてしまう その逆も然りです
  • 0:35 - 0:38
    本当の起源はもっと深遠であり
    驚くべきものです
  • 0:38 - 0:42
    不確定性原理は
    この世のあらゆるものが
  • 0:42 - 0:46
    同時に粒子としても波としても
    振る舞うがゆえに存在します
  • 0:46 - 0:50
    量子力学においては正確な位置と
    物質の正確な速度というものには
  • 0:50 - 0:52
    意味がありません
  • 0:52 - 0:53
    これを理解するには
  • 0:53 - 0:57
    粒子や波のように振る舞うという意味を
    考えてみる必要があります
  • 0:57 - 1:02
    粒子はある瞬間に
    一か所に存在するものだと定義されます
  • 1:02 - 1:05
    これは特定の場所で
    物質が見つかる確率を表す
  • 1:05 - 1:09
    スパイク状のグラフで表すことができるため
  • 1:09 - 1:14
    ある位置で見つかる確率は100%
    残りの場所では０となります
  • 1:14 - 1:18
    一方 波は湖面の波紋のように
  • 1:18 - 1:20
    空間に広がっているのです
  • 1:20 - 1:24
    人は波のパターンをはっきりと
    とらえることはできますが
  • 1:24 - 1:26
    最も大切なのは
    その波長であり
  • 1:26 - 1:29
    これは波が持つ並んだ
    ２つの山の間の距離 または
  • 1:29 - 1:30
    ２つの谷間の距離でもあります
  • 1:30 - 1:33
    しかし 一つの場所に
    特定する事はできません
  • 1:33 - 1:36
    様々な別の場所にも
    確率的に存在します
  • 1:36 - 1:39
    波長は量子力学には
    欠かすことができないものです
  • 1:39 - 1:42
    実は 物質の波長は
    その運動量に関係があり
  • 1:42 - 1:44
    これは質量×速度で表せます
  • 1:44 - 1:47
    ですから 速く動く物質は
    運動量が大きく
  • 1:47 - 1:50
    これは波長が短い事を意味します
  • 1:50 - 1:55
    また重い物は動きは遅くとも
    運動量が大きいのです
  • 1:55 - 1:57
    これも波長が短いことを意味します
  • 1:57 - 2:01
    そのため身の回りの物質が持つ
    波の特性には気づくことがないのです
  • 2:01 - 2:03
    例えば ボールを
    空中に放り投げると
  • 2:03 - 2:07
    その波長は一兆分の一兆分の
    そのまた十億分の一メートルとなり
  • 2:07 - 2:09
    これだけ短いと検知することはできません
  • 2:09 - 2:12
    しかし 原子や電子といった小さな物質は
  • 2:12 - 2:16
    物理実験で観測できる波長を
    持っています
  • 2:16 - 2:19
    つまり 純粋な波があれば
    その波長を測定することができます
  • 2:19 - 2:23
    すなわち 運動量はわかるものの
    位置は確定しません
  • 2:23 - 2:25
    粒子の位置については
    よくわかりますが
  • 2:25 - 2:28
    波長を持たないため
    その運動量は不明とされます
  • 2:28 - 2:32
    位置と運動量の両方を持つ
    粒子を得るには
  • 2:32 - 2:34
    ２つの図をあわせてやり
  • 2:34 - 2:37
    ごく狭いエリアに波があるグラフを
    作成する必要があります
  • 2:37 - 2:39
    どうすればいいのでしょうか？
  • 2:39 - 2:42
    それは異なる波長を持つ波を
    組み合わせる事で
  • 2:42 - 2:47
    これは量子的物体に異なる運動量を持つ
    可能性を与えることを意味します
  • 2:47 - 2:49
    ２つの波を足し合わせると
  • 2:49 - 2:52
    山が並んで大きな波を作り出す
    場所があることに気づきます
  • 2:52 - 2:56
    また山が谷を埋めてしまう
    場所もあります
  • 2:56 - 2:58
    その結果 波がある場所と
  • 2:58 - 3:01
    全くないところに分けることができます
  • 3:01 - 3:03
    ３つ目の波を加えると
  • 3:03 - 3:06
    波を打ち消す範囲が広くなり
  • 3:06 - 3:10
    ４つ目で波を打ち消す範囲は広がり
    波の範囲の間隔が狭くなります
  • 3:10 - 3:13
    このように波を加え続けていくと
  • 3:13 - 3:16
    ある狭い範囲にはっきりとした
    波長の波束を作ることができます
  • 3:16 - 3:20
    これこそ波と粒子の性質を持つ
    量子的な物体です
  • 3:20 - 3:23
    しかし これを行うと
  • 3:23 - 3:26
    位置と運動量の双方の確実性が
    失われてしまいます
  • 3:26 - 3:28
    この位置を一点に
    限定する事はできません
  • 3:28 - 3:31
    ただ波束の中心付近のある範囲に
    それを見い出せる
  • 3:31 - 3:33
    確率が高いことを示しているだけです
  • 3:33 - 3:36
    なお 複数の波を足していくことで
    波束をつくった場合
  • 3:36 - 3:38
    その内のどの単一の波についても
  • 3:38 - 3:41
    対応する運動量があって
    ある確率で見出されます
  • 3:41 - 3:45
    さあ これで位置と運動量
    双方が不確定となり
  • 3:45 - 3:47
    これらの不確定性が結びつきました
  • 3:47 - 3:49
    位置の不確定性を
    減少させたいと思えば
  • 3:49 - 3:53
    波をさらに加えて
    波束をさらに小さくする必要がありますが
  • 3:53 - 3:55
    そうすると運動の不確定さが増します
  • 3:55 - 3:58
    運動量の精度を高めようとすると
    波束が大きくなってしまい
  • 3:58 - 4:01
    今度は位置が確定しなくなるのです
  • 4:01 - 4:03
    これがハイゼンベルクの不確定性原理です
  • 4:03 - 4:08
    1927年にドイツの物理学者
    W. ハイゼンベルクが提唱しました
  • 4:08 - 4:13
    この不確定性は測定の
    精度の問題なのではなく
  • 4:13 - 4:17
    粒子と波の特性が結びついた
    結果なので避けることはできません
  • 4:17 - 4:21
    不確定性原理は
    測定の限界を示すだけではありません
  • 4:21 - 4:24
    物質が持ちうる特性の限界であり
  • 4:24 - 4:28
    これは宇宙の基本的な仕組みに
    組み込まれているのです
Title:
ハイゼンベルクの不確定性原理とは何か？- チャド・オーゼル
Speaker:
Chad Orzel
Description:

ハイゼンベルクの不確定性原理によると、物質の正確な位置と正確な速度を同時に知ることはできません。その理由は物質は全て粒子と波のように同時に振る舞うからです。チャド・オーゼルがこの複雑な量子力学のコンセプトについて案内します。

レッスン: チャド・オーゼル、アニメーション: ヘンリック・マルムグレン

このレッスンの全編はこちら: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-heisenberg-uncertainty-principle-chad-orzel
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:44

Japanese subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.