ゼミブログ
物理学で今一番面白い世界 ～量子～
2026年06月03日
量子力学とは
物理学の一大分野ですが
半導体もスマホもGPSも、この量子力学がないともはや成立しない、
技術化している事実
しかしこれほど日常感覚と異なるものはないという世界
不思議な世界 量子の世界
今日は不思議の国のアリスになってみよう
― 量子力学をポップに説明してみる ―
ではアリス。
いきなり不思議な質問をするけど
この世界ってちゃんとあるかな？
物はちゃんとそこにある
見れば位置がわかる
原因があって結果がある
アリス「あたりまえです！」
だよね(笑)
反応が楽しみだ
同時に2ヶ所にいる？
量子の世界では
1つの粒が同時に複数の場所に存在します
「なにいってるんですか？」
昨日買ってきたりんごが冷蔵庫とキッチンに同時には存在しない
それはそう
けれど量子は観測するまでは場所が決まってはいない
存在するのは「存在する確率」だけなんだ。
複数の場所に、存在する確率として複数存在している。
アリス、化学で電子軌道は習ったよね？
「はい！ 化学は好きです！ 得意科目にしたいんですよね～」
すばらしい。
そうだね、どの軌道に電子が何個入るから自由電子がどうなっている。
それによって物質の特性がわかるよね。
化学で出てくるK殻、L殻、M殻、、 ここに電子が存在することは
エネルギーによって捕まっているのでその中に存在することは間違いないです。
しかし、ここからは大学範囲だけど
各外殻を構成するものには実はさらにｓ軌道、ｐ軌道、ｄ軌道といった
電子の入れる場所が決まっていて
エネルギー準位が等しければ場所状態は特定できません。
確率的にここに居るとしか言えなくなります。
アリス「おー。 なんかよくわからないけどおもしろそう！」
うん、でしょ？
化学でCa カルシウムよりもっと原子番号の上の物質も覚えるぞ！って
なると不思議なことがでてくると思います。
簡単な規則性だったのがおかしなところがでてくる。
インターネットで「電子配列 s軌道p軌道d軌道」とか検索すると、
謎解きの真の電子配列法則がでてくるので
もし余裕があったら調べてみるといいよ。
電子軌道は、エネルギーの低い順に収容される。
（低エネルギー） （高エネルギー） 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f･･･
こんなのがでてくると思うけど
わからないで覚えるよりすっきりするかもしれない
（量子力学範囲ではないけれど）
アリス「なんかよさそうですね。全部覚えたいけど必要分にはどれだけ
覚えたらいいかわからなかったですし
電子配列の図が意味がわからなかったので読んでみます！」
見た瞬間に決まる
事象は観測すると結果が変わる というのが量子の摩訶不思議な点なんだけど
有名な実験を紹介します
二重スリット実験
二本のスリット（溝）に向けて、光の粒を飛ばします
そしてその先にある壁に当たって観測できるようにします
普通なら粒子なので点、直線的に光線方向に線が映る
ところが。結果は波の特性、回り込んで波の模様を描いたんです
これは粒なのに波として振る舞ったということ。
そして。。観測装置を置きもう一度やったら？
今度は普通の粒の動きを観測した
つまり観測によって結果が変わる。という実験です
自動販売機でコーラ押したら
コーラが出てくることもあるけど？
ウーロン茶が出てくる！
かもしれない
アリス「えー！？ それはいやです・・」
■次の不思議
量子もつれ
これはもつれ関係にある粒子はどんなに離れていても
瞬時に状態が同じく決まるというもの
例えると地球と月に1つずつ箱があるとして
地球で箱を開けた瞬間
月の中身も確定する。
漫画の刃牙知ってる人は「シンクロニシティ」読んだかな
「決して結晶化しなかったグリセリンがある日を境に世界中の
グリセリンが結晶化し始めた：ニトログリセリン」
「世界中で死刑囚が同時に「敗北を知りたい」と同じことを言い日本を目指した」
「フィギアスケートの技のレベル、100m短距離走が 不可能と思われていたレベルをある時期 ひとりを皮切りに世界中で超えるようになる」
個人的には日常的に人の感情って時間概念なく瞬時に伝わるときがある気がするなあ
アリス「親友が喜んでるとか悲しんでる気がする時があります。」
そうそう
超能力かって言われちゃうけど科学で解明されてない
不思議なことがまだまだあるのかもね！
■ 最後に
実際に私たちの身の回りでも使われている量子力学ですが
量子の世界とは 電子 などの非常にミクロな世界の法則のことです
私達の日常の世界 マクロな世界とは異なります
ミクロな世界の量子を拡張してマクロな世界に置き換えている話は面白いですし
映画マトリックスのような人間の意識が現実世界ではないという
ぶっとんだ話も
技術的にあり得る、現実にメタバースという構想で存在します
あくまで量子力学はとてつもなく小さな世界でのことを学ぶものです
しかしミクロとマクロが別という概念もこの先永久に保たれるかはわかりません
ワームホール
アリスが不思議な世界に落ちていく穴をラビットホールといいます。
これも物理学で研究されているもので似た概念があります。
スティーヴン・ウィリアム・ホーキング博士、
筋萎縮性側索硬化症（ALS）の難病
でありながら世界的に有名だった物理学者が研究していたもので
ワームホールというものがあります。
異なる場所とつながっている
時間空間を超えて移動可能
（ブラックホールを通過するので普通は通れる物体は現在では存在しないのですが）
SF映画のネタによくなる、まさにラビットホールと言えるものです
量子の世界の可能性はとてつもなく夢が広がります
量子コンピューターって聞いたことない？
「なんかかっこいいやつですね！」
うん(笑) もうすぐ量子コンピューターとAI技術で世界は変わるかも ね
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