最終更新日: 2025 年 1 月 2 日

なぜ私たちの物質は量子ではないのでしょうか?

画像: 原子レベルの桁。
無限に小さい世界では、電子の軌道は原子の性質に応じてさまざまな特徴的な形状を取ることができます。たとえば、水素の軌道は球形、酸素の軌道は 2 つの水滴の形、鉄の軌道は 4 つの水滴の形をしています。この原子軌道の形状によって原子のサイズが決まります。
原子の特徴的なサイズや分子内の核間の距離は、経験と一致してオングストローム (1 千万分の 1 ミリメートル) のオーダーです。原子は互いに数オングストローム離れていると言えます。

なぜ私たちの物質は量子ではないのでしょうか?

私たちの宇宙は原子と呼ばれる非常に小さな粒子で満たされています。これらの原子は、木、動物、建物、さらには私たち自身など、私たちの周りにあるすべてのものの構成要素です。

このような小さなスケールでは、それらを支配する物理法則は、巨視的スケールと呼ばれる私たちのスケールで見られるものとは異なります。原子のスケールでは、物理学は量子力学の規則によって支配されますが、これは私たちが世界を記述するために使用する古典物理学の規則とは大きく異なります。

たとえば、量子スケールでは、粒子は同時に波と粒子のように振る舞うことができますが、これは私たちにとって非常に奇妙に思えるかもしれません。さらに、量子スケールでは、粒子は同時にいくつかの異なる状態になることがあり、これを「重ね合わせ」と呼びます。

しかし、では、なぜこれらの現象を私たちの規模で見られないのでしょうか?これは、これらの量子効果は非常に弱く、より大きな物体を見ると打ち消される傾向があるためです。私たちの規模では、原子の数が非常に多く、非常に強く結合しているため、量子効果は無視できます。これは、私たちが世界を私たちのスケールで記述するために使用する古典物理学が、私たちの周りで何が起こっているかを説明するのに十分であることを意味します。

しかし、私たちの規模で量子効果を研究する科学者がいます。彼らは、分子や結晶などのより大きな物体に対する量子効果を観察する実験を作成しました。これらの実験は、私たちの規模であっても、量子効果が重要な結果をもたらす可能性があることを示しました。

結局のところ、私たちの物質は巨視的スケールでは量子ではありません。量子の効果は非常に弱く、巨視的スケールでは相殺される傾向があるからです。しかし、量子物理学は、より小さなスケールで粒子の挙動を支配し、私たちのスケールで私たちの世界に影響を与える可能性さえあるため、宇宙を理解する上で依然として重要です。