確率の雲から粒子へ: 量子力学による電子

確率の波は私たちの世界に対する直感に挑戦します。

電子を次のように想像してください。軽い霧時間的に局所的に特定されたボールではなく、空間に広がっています。 たとえ最高の顕微鏡や最も強力な計算を行ったとしても、それを指して「これだ！」と言う事は決して出来ません。 量子の大きな謎は、あたかもすべての霧が突然水滴になったかのように、測定の瞬間に正確な位置を「選択」することです。

ぼやけと精度の間のこの奇妙なダンスが、量子革命の中心です。 量子力学では、電子は微粒子としてではなく、次のように導入された波動関数 \(\psi(r,t)\) として記述されます。エルヴィン・シュレーディンガー（1887-1961）。 この関数は確率密度 \(|\psi|^2\) をエンコードし、特定の位置で電子を見つける可能性を与えます。 したがって、確率雲のイメージは、明確に定義された軌道という古典的な考え方に取って代わります。

前述したように、波動関数は拡張された物理的現実ではなく、確率的予測ツールです。ニールス・ボーア（1885-1962）コペンハーゲンの学校で。 しかし、蛍光スクリーンなどでの測定では、電子は粒子のように正確な点で検出されます。 この現象はと呼ばれます波束の削減。

注： :
そこには電子の電荷は物理学の基本定数であり、−e（または−1.602176634 × 10⁻¹⁹クーロン絶対値で)。 これは、自然界で自由に観察できる電荷の最小量を表します。 極めて正確に測定されたこの値が、量子電気力学そして料金の単位を定義します。インターナショナルシステム (IS)2019 年の再定義以来、クーロンはプランク定数を介して素電荷に関連付けられています。 実際の等価性: 1 C ≈ 62 億 4,000 万電子の電荷。

古典的なモデルと量子記述

位置と速度が同時に定義されるニュートン力学とは異なり、ヴェルナー・ハイゼンベルク(1901-1976) は \(\Delta x \cdot \Delta p \geq \hbar / 2\) と述べています。 これは、電子の位置 (x) がわかればわかるほど、その運動量 (p) がわからなくなり、その逆も同様であることを意味します。

量子のフロンティア: 粒子の奇妙さはどこまで当てはまるのか?

量子力学は電子だけではありません！そのルールが適用されるのは、すべての基本粒子（光子、クォーク、ニュートリノ）だけでなく、私たちが想像するよりもはるかに大きな物体も対象となります。ただし、次のような疑問が残ります。量子の統治はどこで終わるのでしょうか?その答えは驚くべきものです。理論上の限界はありません…これらの効果を大規模に観察するには技術的な課題のみが必要です。

電子から分子へ: 量子の働き

実験でも次のことが確認されています複雑な分子(のようにバックミンスターフラーレン、60 個の炭素原子からなる分子）は、波のような挙動を示すことがあります。 2019 年、物理学者は、次の分子の干渉を観察しました。2,000 個の原子— 記録です！ これらの物体は巨大ではありますが、量子法則に従います彼らが孤立したままである限り(衝突、熱、侵入的な測定なし)

巨大分子を使った実験では、寄生相互作用を避けるために高真空チャンバーが使用されます。 有機分子を使った実験は、観察時間が超短い（ナノ秒）場合には室温で実行できます。 量子コンピューターの超伝導回路などの巨視的なシステムの実験では、極低温 (-273.15°C または 0 ケルビン) が使用されます。

デコヒーレンス: なぜ人間は量子ではないのでしょうか?

では、なぜ人間を「国家の重ね合わせ」の中に捉えてはいけないのでしょうか？のせいでデコヒーレンス: 量子システムがその環境 (空気、光、熱) と相互作用するとすぐに、その「魔法の」特性 (重ね合わせ、もつれ) はほぼ即座に消えます。

注： :
そこには一貫性持続時間量子は系のサイズと温度とともに急激に減少します。 言い換えれば、物体が大きく、熱によって撹拌されるほど、より早く古典的な動作に移行します。

思い出すために

量子記述は、普遍的なしかし、オブジェクトが複雑になりすぎたり、環境とつながりすぎたりすると、その効果は見えなくなります。本当の質問は「ではない」どこまで？"、 しかし "量子の脆弱性をどのように保護するか?」