果たして、神はサイコロを振ったのか？

ミクロの世界の不思議

「空中に放り投げたボールがどのように動くか？」など、人間が普段目にする出来事は、ほぼすべて「ニュートン力学」によって説明ができます。しかし近代、科学実験の精度が上がったことで、ミクロの世界には、ニュートン力学では説明できないようなことが起こるのがわかりました。例えば、マクロの世界にあるものは光が当たると反射しますが、それによって電子が動くことはありません。ところが、ミクロの世界の場合、電子は光が当たるとすぐどこかへ動いてしまうのです。

電子はどこへ動くのか

何度も実験を繰り返した結果、光の当たった電子がどこへ動くのか、ある法則性が見つかるようになりました。この法則性を表したものが量子力学「シュレディンガー方程式」です。ただし、これを解けば電子がどの辺りに動くのかはわかるのですが、あくまでも「何％の確率でここへ」という確率論に過ぎないため、研究者の間では大いに物議をかもしました。アインシュタインも、「神様はサイコロを振らない」という言葉とともに、この解釈には反対の姿勢を取っています。そもそもアインシュタインは、「自然界の物事はすべて何らかの法則により決まっている」という決定論をもとにしており、確率によるあやふやなものは存在しないと考えていたからです。

量子力学がもたらしたもの

現在までのところ、ミクロの世界のことは量子力学で考えたほうがスムーズであり、この考えに反するような実験結果も得られていません。また、量子力学の概念が定まったことで、さまざまな物が生み出されてもいます。コンピュータのCPUに使われているトランジスタなどはその最たるもので、もし量子力学がなければ、今の人類の生活は成り立っていないとも言えるでしょう。しかし、果たしてミクロの世界を確率論で解釈していいものなのかどうか、いまだ決着がついていません。アインシュタインが主張したように、実はミクロの世界でも決定論的な事象が介入していることがわかったとしたら、また新しい物理学体系が作られていくはずです。

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横浜市立大学理学部理学科教授立川仁典先生

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物理学、応用物理学、化学

メッセージ

学校教育による理系科学は物理・化学・生物・数学に分かれていますが、最先端の研究を志すなら、すべての分野に精通しておかなければなりません。とはいえ、好き嫌いは誰しもあるものです。そういう場合は、『Newton』のような雑誌をはじめ、いろいろなものに興味を持ち、触れておいてください。それとコンピュータはもっと発達し、現在のスーパーコンピュータの性能が、10年後、15年後には携帯電話くらい手軽なものになるはずです。そのとき私たちに何ができるか、何がしたいか、そのイメージを今から膨らませておきましょう。

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