私たちの量子現象の理解は、私たちの古典的な世界観によってひどく妨げられています。日常生活で遭遇するオブジェクトとは異なり、量子エンティティは気まぐれに動かされます。それらは同時に複数の場所に出現し、相互に直接通信することなく広大な距離を接続することができます.
魔女や魔法使いであることにはメリットがあります。まず第一に、平凡なことに我慢する必要がなくなります。瞬く間に魔法のように壁を通り抜けることができるのに、なぜ歩くのですか?
しかし、ポッターヘッドであろうとなかろうと、誰が壁を通り抜けたくないのでしょうか?結局のところ、私たちのほとんどは、施錠されたドアの外で待つ必要がないという利便性に抵抗することはできません.
結局のところ、電子も常にこれを行っています!その固有の波の性質により、バリアに向けられた電子は、バリア自体を通過したことがなく、そのバリアの反対側に現れる可能性があります.
この現象は、量子トンネリングとして知られています 、古典的な世界 (本、壁、車) を支配する規則に従わない量子エンティティに追いやられます。
量子の視点
量子現象に対する私たちの理解は、私たちの古典的な世界観によってひどく制限されています。日常生活で遭遇するオブジェクトとは異なり、量子エンティティは気まぐれに動かされます。それらは同時に複数の場所に出現し、互いに直接通信することなく広大な距離を接続することができます。それらは粒子のように振る舞いますが、波のような特性も示します。したがって、量子物理学が「古典的な」現実の見方から大きく逸脱しているため、あまりにも奇妙に思えるのは理解できます。
古典物理学は、これらの特性が測定されているかどうかに関係なく、オブジェクトは常に位置と速度の明確な値を持つことを前提としています.
しかし、原子または亜原子スケールでは、固有の不確実性が浸透するため、正確な測定、つまり実体の位置と運動量 (質量と速度の積) の両方を知ることは禁じられています。量子エンティティには可能な範囲があります 位置と速度。測定が行われるまで、物体はさまざまな運動量の重ね合わせとして存在します。それはどこにでもあり、特にどこにもありません.
量子オブジェクトは、粒子と波の両方の特性を示します (写真提供者:Pixabay)
すべての粒子は波のような性質を示し、それに関連付けられた波動関数によって説明できます。この波動関数は、観測可能な量の確率による寄与から生じます。これらの確率は波のように満ち引きするため、波動関数 という名前が付けられました .
箱に入ったピグミー パフ
ジニーが、ペットのピグミー パフが楽しくぐらつくように、箱から出して家を作ったとしましょう。最も、つまり、特定の場所で量子ペットを見つける可能性を表します。
ジニーは家の真ん中（うねりが最も強い場所）でピグミーパフを見つける可能性が最も高いですが、家の反対側で見つかることもあります.ただし、量子エンティティは確率の波として存在するため、波が水面のどこにあるかを知ることができないのと同じように、量子ペットの正確な位置を特定することはできません。
波動関数は壁で消滅せず、壁を越えて伸びる
ここでさらに困惑することがあります。ジニーがペットの様子を確認するために戻ったときに、家の中に彼がまったく見つからない可能性があります。これは、ペットを表す波動関数が箱の壁 (バリア) に遭遇すると指数関数的に減衰するにもかかわらず、急激に消失しないために発生する可能性があります。
代わりに、壁を越えて広がっているため、小さいながらも、粒子が障壁を越えて見つかる可能性が残っています。
ここには穴掘りはありません。量子実体が箱の外にあるのは、ある瞬間は内側に、別の瞬間は外側に存在することができるという理由だけで、その間のすべての点で位置を占める必要もありません。
波長と運動量の関係
ド・ブロイの関係 (写真提供:zizou7/Shutterstock)
質量と速度を持つ物体には運動量があります。ド・ブロイの公式は、オブジェクトの運動量が増加するにつれて波長が減少するように、オブジェクトの波長とその運動量を関連付けます。
波と粒子の二重性は光に限定されないため、あらゆるもの (人間を含む) には波長が存在しますが、エンティティの波の側面が重要になる波の長さには制限があります。
これは、波の性質が明らかであるためには、物体のサイズがその波長に匹敵するか、その波がそれ自体の波長とほぼ同じサイズの他の物体と相互作用する必要があることを意味します。自身のド ブロイ波長よりもかなり大きいオブジェクトの場合、波のような特性は検出できません。ただし、電子のような量子粒子は、原子内にぼんやりとした雲として存在し、その波の性質によってトンネリングが可能になります。
トンネルをくぐってバリアを通過できますか?
「満員の駅を急いで通り抜けて 9 番線と 10 番線の間の壁に向かっていると、時折列車の汽笛が遠くで鳴り響くのが聞こえます。訓練された目でのみ明らかなように、魔女や魔法使いがマグルを着て忙しく動き回っているのを見つけることができます。自分自身に注意を向けないように服を着ます。」
プラットフォーム 9 と 10 の間の壁を通り抜けようとしているハリー・ポッター (写真提供:Wizarding World/Youtube)
このシーンは何度も想像したことがあるかもしれませんが、実際の体験に代わるものではありません。それで、あなたは非常に勇敢でかなりばかげたことをすることにしました。知恵を絞って、9 番線と 10 番線の間のレンガの壁に向かってダッシュし、反対側に到達することを決意します。
今、壁に激突し、見物人にあなたが根本的に不健全であることを納得させた後、あなたはしばらくして目を覚ますが、自分がまだ壁の同じ側にいることに気付く.
質量が大きいほど、ド・ブロイ波長は短くなります。通常の速度で移動する日常のオブジェクトの場合、この波長は非常に小さいため、量子の動作は目に見えません。これが、ハリーやその他の魔法コミュニティとは異なり、普通の人間がプラットフォーム 9 ¾ を通り抜けることができない理由です。
