不確定性原理とは?
不確定性原理(ふかくていげんり、Heisenberg uncertainty principle)は、量子力学における基本的な原理の一つで、位置と運動量、エネルギーと時間のような物理量の同時測定の精度についての制限を示すものです。
具体的には、ある物理量(例えば粒子の位置)を測定する精度が高ければ高いほど、同時に測定できる別の物理量(例えば粒子の運動量)の測定精度は低くなります。
この原理により、量子力学においては、物質の微視的な振る舞いについて、確実に予測することができないという限界があります。
不確定性原理は、1927年にドイツの物理学者ヴェルナー・ハイゼンベルクによって提唱されました。
この原理は、量子力学において極めて重要な役割を果たし、現代物理学の基本的な原理の一つとして広く受け入れられています。
不確定性原理を理解しやすくする例
不確定性原理を理解しやすくする例として、以下のようなものがあります。
- ある粒子の位置と運動量を測定するためには
- 光子などの粒子を使って粒子に当たって反射することで
- その位置や速度を測定する
- 光子などの粒子を使って粒子に当たって反射することで
- しかし、粒子に光子が当たることで
- 粒子の運動量が変化・・・
- 運動量を測定する精度を上げるためには
- 光子のエネルギーを上げる必要がある
- その結果➡粒子の位置を測定する精度が下がる
- 光子のエネルギーを上げる必要がある
- 位置を測定する精度を上げるためには
- 光子のエネルギーを下げる必要がある
- その結果➡運動量を測定する精度が下がる
- 光子のエネルギーを下げる必要がある
このように、位置と運動量の測定精度にはトレードオフがあることが不確定性原理によって示されます。
別の例として、エネルギーと時間の関係が挙げられます。
- ある物理現象のエネルギーを測定するには
- その物理現象が起こる時間を測定する必要がある
- しかし、時間を測定する際には、観測者や測定器などによる干渉が起こる
- 結果的にエネルギーの測定精度が低下・・・
これらの例からわかるように、不確定性原理は、量子力学において測定における限界を示しており、我々の物理学的な理解に大きな影響を与えています。