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そもそも量子力学とはなんなのか?理系院生だけど説明する | 不思議.net

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そもそも量子力学とはなんなのか?理系院生だけど説明する

2017年10月15日:20:00

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コメント( 32 )

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1: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)06:43:30 ID:nBm
理系院生がなんの準備もなしにやるよ
※むずかしい

量子力学でよくいう「観測する」ってどういう意味なの?
http://world-fusigi.net/archives/8901558.html

引用元: 新参コテ、ハリネズミと学ぶ量子力学







3: 安富パーキング■忍法帖【Lv=1,スライム,XPM】 2017/10/14(土)06:44:38 ID:tw@MOMENT__KING
wktk

4: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)06:44:53 ID:rzm
専攻は?

5: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)06:45:36 ID:nBm
>>4
素粒子物理学(理論)

6: もう、怒ったから 2017/10/14(土)06:45:47 ID:c2P
はよ話せ

10: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)06:48:56 ID:nBm
量子力学とはなんぞや、という人のためにまず簡単に説明するよ
物質の最小単位と考えられてるもの、粒子があるわけだけどそれが実は波としての性質も重ね持つという実験結果を受けて、その辺をうまく説明できる理論が量子力学なんよ

16: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)06:54:53 ID:nBm
粒子が波!!?ふぁっ!??ってなるかもしれんけどよく考えてみればそんな突拍子もないんだな
基本僕らは電磁気的な力で物と触れあったりできて物質の境界を認識できるんだけどそれは単にその境界で物質同士が反発してるからそう見えるだけなんだな
だから粒子だろうと波だろうとその辺は変わらずに考えられたりする

19: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)06:58:55 ID:nBm
さてさて粒子と考えてたものを波としての考えると何が変わるのか
大雑把に言えばミクロスケールの"物"は元々波として広い範囲で存在していて観測等によって粒子として顕現するんじゃないかという感じなんだね

20: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:00:17 ID:nBm
だから言ってみれば
もしもこの世がコンピューター世界のだとするとバックグラウンドで様々な可能性を計算をしているけど結果としてアウトプットされるのはその中の1つだけ
みたいな感じ

21: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)07:00:36 ID:B1q
不確定性原理って技術的に観測不能ってこと?
それともガチでわからんの?

22: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:01:38 ID:nBm
>>21
少なくとも量子力学が正しいとすればガチで分からん

24: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)07:02:21 ID:B1q
>>22
マジか、ありがとう

12: もう、怒ったから 2017/10/14(土)06:50:18 ID:c2P
スリットがどうこう、みたいな

30: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:05:11 ID:nBm
有名な二重スリットの話は
ミクロスケールの"物"はバックグラウンドとして波として機能してると考え、スクリーン上で観測したときに粒子として顕現すると考えるのが合理的だった、そう考えると幅広い範囲でうまくいったということになるんだね

32: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)07:08:02 ID:B1q
>>30
二重スリットに関して
意思によって量子が偏在するっていう実験結果あったけど、
あれは似非科学なんか?それとも再現可能?

39: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:15:27 ID:nBm
>>32
再現はできるのかわからないけどまあ観測次第で量子状態が確定するわけだから不可能でない?みたいな感じ

43: もう、怒ったから 2017/10/14(土)07:18:14 ID:c2P
観測ってなに?

45: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:19:44 ID:nBm
>>43
位置や運動量、エネルギーといったものを測定すること

44: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:18:50 ID:nBm
さてさてそういうわけで物事を、粒子の存在可能性を波にして表したろの精神でできたのがおそらく量子力学なんだな

48: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:21:18 ID:nBm
その粒子の存在可能性を表す種としたものが波動関数で、これの絶対値の二乗が粒子の存在の確率密度関数になる

51: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:25:27 ID:nBm
そういうわけで大雑把に言うと
世界は波の重なり合いでできていて波の振幅の大きいところに粒子が存在する可能性が高いわけだけどそれは実際に観測されるまで分からんよってことね

55: もう、怒ったから 2017/10/14(土)07:28:41 ID:c2P
>>51
波の飛沫って、一番大きいウネリのイメージで言ったんだが、それだとすこし近くなる?

60: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:31:53 ID:nBm
>>55
ああそれなら
あくまでも確率が高いだけで絶対そこ!ってわけではないよ

69: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:41:57 ID:nBm
波を扱う手法としてまず、波を重ね合わせるとして単純な波を積分を用いて足しあわせたんだね
一番簡単な波はexp(ikx)であってこれをkに関して積分したんだ
xは位置でkは振動数、周波数、運動量とまあそのへん

85: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:57:37 ID:nBm
量子力学を考える上で一番誤解してるのかな、と今思ったことでいえば
これらはミクロスケールで考えてるわけで、考える物の数が増えてマクロスケールになればそれらは統計的な運動をするわけだから粒子一つ一つが特異な動きをしたとしてもその影響は表にでてこないということ

86: もう、怒ったから 2017/10/14(土)07:59:15 ID:c2P
>>85
影響しない=古典的な物理学の式を乱さない
古典的な式を乱さない=今までは観測できなかった

みたいな??

88: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:00:30 ID:nBm
>>86
あーそうねそんな感じ

87: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)07:59:46 ID:nBm
これ以上の理解を得たかったら数式に手をだすことになるけど
やっぱしっかり知りたかったら言葉だけでなく数式で理解するのが一番シンプルでわかりやすいですよってことを伝えたい、個人的に

89: もう、怒ったから 2017/10/14(土)08:00:34 ID:c2P
ガリレオ以降だっけ、科学が数式になったのは

90: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:01:54 ID:nBm
歴史的なことはよく知らないけど日本語や英語より数学のがシンプルに表現できるってことね

93: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:04:40 ID:jFl
というわけでまずシンプルに波を重ね合わせて波動関数ψ(x)というのを考えてみようとなるわけですね
news4vip-1507931010-93-490x200

94: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:04:54 ID:jFl
マウスじゃ無理だ。。。

97: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:07:28 ID:jFl
そしてこれをより任意関数g(k)を用いて一般的な形にすると
news4vip-1507931010-97-490x200

100: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:09:35 ID:jFl
とまあこのようなシンプルな考察から始まって
最終的にはおなじみシュレディンガー方程式にいきつくわけですね
news4vip-1507931010-100-490x200

101: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:13:11 ID:jFl
さて波で物理を考えよう!というところから
このような固有値方程式というものに行きついたわけですね

では次にはこの固有値方程式を出発点にいろいろ考えていこうとなるんだね
すると演算子形式といったようなもので考えるとええやんとなっていって
数学出来ない人がついていけなくなる領域に入っていくわけ

103: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:16:00 ID:jFl
簡単に結果だけ言うと
なんらかの演算子が波動関数に作用すると固有値としてその演算子に対応した物理量を返す
と考えられる
だから
>>100
エネルギー演算子Hが波動関数ψに作用して観測量のエネルギーEが出てきたという意味になるのね

106: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:20:11 ID:jFl
こういうわけで量子力学を考えるうえで避けられない”演算子”というのが出てきて
この概念がわちゃわちゃして、特殊相対性理論と融合を果たすと
現代物理で認められてる最先端理論、標準模型が出来上がるわけです

107: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:22:02 ID:jFl
とりあえずこんな感じで質問とかもっと詳しくとかあれば答えるゾ

108: もう、怒ったから 2017/10/14(土)08:22:44 ID:c2P
相対性理論もよく分からん

110: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)08:27:02 ID:nBm
相対性理論というのは
光速度が一定+どんな座標系から見ても物理は一緒
という仮定からできてる
ローレンツ変換というのは、ある地点で光が発されることを考えて止まってる人から見ても走ってる人から見ても光速で光が飛んでるというところから導出できるんだゾ

138: お色気花吹雪 2017/10/14(土)09:11:49 ID:5UT
>>110
高速で飛んできたつてどう観測したの

142: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)09:13:01 ID:nBm
>>138
観測とかの話じゃなくて思考実験ね

141: お色気花吹雪 2017/10/14(土)09:12:54 ID:5UT
波にはどのくらい種類があるの?

146: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)09:16:24 ID:nBm
>>141
振動数が異なるだけで波自体は一種類かな

150: お色気花吹雪 2017/10/14(土)09:17:40 ID:5UT
>>146
振動数はどのくやいあるの?

154: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)09:21:20 ID:nBm
>>150
無限にあるねえ

157: お色気花吹雪 2017/10/14(土)09:23:53 ID:5UT
>>154
波が大きければ大きいほど…
小さければ小さいほど…
みたいに因果関係に相関はあるの?

162: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)09:28:25 ID:nBm
>>157
波の振幅が大きいと存在確率は高いよ

164: お色気花吹雪 2017/10/14(土)09:31:17 ID:5UT
>>162
存在確率って?観測しやすくなるだけ?

167: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)09:33:23 ID:nBm
>>164
そこに粒子がある可能性が高いってだけ

434: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)11:16:13 ID:vwy
光は粒なのか波なのか教えてハリネズミ

435: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)11:16:37 ID:nBm
>>434
両方

437: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)11:17:41 ID:vwy
>>435
光が粒になる時と波になる時ってそれぞれどんな場合なの?
光を粒たらしめてる要素 波足らしめてる要素 説明求

441: ハリネズミ◆gIBchnUeBM 2017/10/14(土)11:19:53 ID:nBm
>>437
波長やね
相互作用する相手方からみて波長が長ければ波短ければ粒子として振る舞う

445: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)11:21:25 ID:vwy
>>441
相互作用って具体的にどういう状態なんだ?
二十スリット実験ってあるけどさ、外部から光を観測するだけでも、それは相互作用してることになるの?

448: 名無しさん@おーぷん 2017/10/14(土)11:24:50 ID:nBm
>>445
まあスリットと相互作用はしてるよね









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コメント

1  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:11 ID:3ZYUZp4z0*
自分は頭が悪くて理解できないけど面白かったよ
2  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:13 ID:u03nJc820*
専門用語を使ってる時点で一般人は脱落しちゃうよ
もっと簡単な単語で言い回さないと
3  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:23 ID:XmDbgnYy0*
ってことは、
量子爆弾ってなに?
4  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:27 ID:zyebF0z00*
古典物理学でも頭が痛くなるのに
量子力学とかわけがわからない

これが理解できる連中はどういう脳味噌してんだ
5  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:29 ID:qcEAkxX90*
素粒子物理学と量子力学の違いがよくわからん。
6  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:31 ID:h5Mgc.uR0*
院生の解説ってんで期待したけど分野外の学部生でも分かるぐらいの内容だったw 量子力学ってこの辺りまでは漠然と理解できるけど、踏み込んで理解しようとすると数式とか必要になって途端に難しくなる…
7  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:33 ID:zyebF0z00*
物理学と数式って不可分でしょ
言葉だけで本質を説明するのって無理でしょ
8  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:35 ID:03vHamH20*
たいしたこと言ってないね
まあ院生といっても修士とかなんだろうな
9  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:40 ID:h5Mgc.uR0*
数式って言うと語弊あったね 統計学とか微積分の数学的な知識持ってないと、参考書読んでても理解が途中で詰まってしまい、しんどかった記憶があって… それを言いたかった
10  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:52 ID:R24JZB1YO*
フーリエ変換からいきなりシュレディンガー方程式って何だよ、途中の説明もしろよ、手抜きだなあ。
11  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:55 ID:6b6G07CQ0*
結局「わかってる奴」
しか解らないんだよなー。
鉄棒の逆上がりとか、MT車の坂道発進みたいなもんで、出来る奴は、最初から出来る。
出来ない奴は、動作を反復させて、慣れるまでやらせるしかない。
ところが、日本の数学教育は、最初にジャーゴニズム全開での説明をいっぺん聞かせて、それで解らない奴
「バカ」
の一言で切り捨てて置き去りにするからな。
そりゃ、一番の数学後進国になりますよ。
何が言いたいかと言うと「ジャーゴン使うな馬鹿野郎、意味わからねーよ!」
だ。
12  不思議な名無しさん :2017年10月15日 20:56 ID:Qp.AOIcm0*
×そもそも量子力学とはなんなのか?理系院生だけど説明する
〇そもそも量子力学とはなんなのか?理系院生が説明する
〇そもそも量子力学とはなんなのか?まだ理系院生だけど説明する

×粒子が波!!?ふぁっ!??ってなるかもしれんけどよく考えてみればそんな突拍子もないんだな
〇粒子が波!!?ふぁっ!??ってなるかもしれんけどよく考えてみればそんな突拍子もないことでもないんだな

やっぱ理系だな、って感じw
内容はタメになったけどね
13  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:07 ID:nDq95SKN0*
うむ、わからん!w
14  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:14 ID:KuQIHPew0*
成る程成る程。
え!粒子で波を?の時点で早くも脱落した。 オレの頭じゃ意味不明。
15  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:30 ID:Ka7DNuBF0*
世界は不完全なシュミレーションでしかないから、人の考える数式で定義しても破綻するしかない 
16  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:33 ID:qxOmncng0*
流行りだねぇ
17  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:34 ID:TYoS2jKB0*
期待していたけど、理系学生なら誰でも知っていることばかりだった。
18  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:46 ID:H6AGNHU70*
12歳の少年が書いた量子力学の本が今話題だけど
それを見てもやっぱり難しい
この手のことを分かりやすく説明するのは不可能かも
19  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:50 ID:qn73qClS0*
なんだ理論屋か。実験家(量子もつれを実際にチップに実装する研究)の俺としては、言葉や概念だけじゃなくて、「観測」とやらは一体どんなデバイスを実際に使うのか、みたいな部分がもっと広まって欲しい。別にセカイを収束させるみたいな黒魔術やってるわけじゃなくて、ハンダ付けとか回路設計とか、泥臭いことやってるってことを知ってほしい。

20  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:51 ID:znc.bLRj0*
> そもそも量子力学とはなんなのか?

そもそもって言うからには、まずは「量子」の説明からしてくれよ
「量子」は離散的なのに「波」は連続的
離散的でかつ連続的な性質をいっぺんに持つのがそもそも矛盾してるんだよ
そっから説明して欲しい
21  不思議な名無しさん :2017年10月15日 21:58 ID:I3vzGY5b0*
とりあえずこいつが教師に向いてないってことがよくわかった
22  不思議な名無しさん :2017年10月15日 22:01 ID:qn73qClS0*
ちなみに、よくファインマンの「量子力学を理解したという奴は理解してない証拠」みたいな言葉がよく引用されるが、この考えはもう古い。
ファインマンが亡くなってから30年、量子力学は理論・実験両面でファインマンの想像をはるかに超えるほど進歩してる。いくら天才とはいえ、量子情報物理学なんていう学問が存在しなかった時代の人の言葉にいつまでも引っ張られるのはよくない。
俺は実験家だから理論的に難解な部分までは詳しくないが、コペンハーゲン解釈にもかなり修正が入ってて、解釈問題も一応解決されつつあるらしい。
実験方面では、もはや半導体チップに電子を正確に1つだけ閉じ込めて、自由自在にスピンを制御できる。時代が違うんだよ。
23  不思議な名無しさん :2017年10月15日 22:11 ID:C1129vSF0*
大学の講義だとこういう概念的な説明は少しで
あとは数式を追う感じだからついていけんかった
24  不思議な名無しさん :2017年10月15日 22:12 ID:SEWAnSxH0*
うん。俺なんかより頭良い人なのは間違いないんだろうけど、国語だけは小学校からやり直した方がいいんじゃないかと思った(小並感)。
25  不思議な名無しさん :2017年10月15日 22:17 ID:01iUg8tF0*
>簡単に結果だけ言うと
うん、全然判らん。
26  不思議な名無しさん :2017年10月15日 22:19 ID:Ry92Eluw0*
プランク定数とはなんなのか?
その意味するところはなんなのか?
なにによってその定数は由来(或いは発生)しているのか?

光は波でもあり粒でもあるとなっているが、所謂電波(AMやFMの電波、エックス線、マイクロ波など)も波でもあり粒でもあるのか?

光の粒と電子、どっちが大きい?
27  不思議な名無しさん :2017年10月15日 22:29 ID:RwCYhnoU0*
量子の振る舞いで有名なのが二重スリット実験だけど、
あれでの『電子を一個発射する』から気になってつまづくw
どうやって発射してんのあれ
28  不思議な名無しさん :2017年10月15日 22:46 ID:ZwNwprI.0*
exp(ikx)が波ってあたり以降、理系の大学出てないと意味不明だろって話だな
29  不思議な名無しさん :2017年10月15日 23:19 ID:e6b60zMZ0*
よくこれをまとめようと思ったな、人口の99.9%は分からんだろ。
30  不思議な名無しさん :2017年10月15日 23:44 ID:EafXT7of0*
こんな事書いたら身もふたもないけれど
全ての理論が正しいかどうか判定する要素は実験結果とあってるか
もう1つは理論に矛盾がないか、つまり誰もが直感的に判別できるようなレベルのミスがないか。
では、実権結果の微妙な違いを誤差で誤魔化してるし
理論を分解して安易な直感的に判別可能な所で正否を確かめても
その根本の直感的に正しいと分かる知ってる事自体が証明なんてされてない
この世界なんて人間なんて閉じ込められた世界で量子力学だの相対性理論だのって遊んでるだけ
31  不思議な名無しさん :2017年10月15日 23:58 ID:.ZPvI.WK0*
なるほどわからん

初っぱなから門外漢ついてこれんし
ブラックホールニキみたいにやってくれ
32  不思議な名無しさん :2017年10月15日 23:59 ID:.ZPvI.WK0*
教科書通りの語彙しか使えない奴には他人に教えるほどの能力は無い

 
 
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