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不思議 その27「人が壁をすり抜ける確率は? 電子のトンネル効果」


光 イメージ人が壁を「すり抜ける」なんて、まるで幽霊じゃないですか。しかし、量子論においてはその確率が0ではないそうで…。超能力の世界では、壁の向こうに現れるという事でテレポテーション(瞬間移動)になるのでしょうけど、量子論では人間も壁という物質も元は素粒子で構成されていて、その素粒子が持っている「トンネル効果」から考えれば、「確率的に0ではない」という事になるようで…。

この辺り、量子論なるものは「無責任に考えて、想像を楽しむ者」にとっては誠に楽しい「素材」なのですが、いくら無責任(学者ではありませんから)に楽しもうとしても、その入口辺りでつまづいてしまいます。それは「光(電子も)は、波と粒子の性質を併せ持つ」という所です。言葉では分かっても、頭の中で想像するのが難しい。確かに実験では、光は波のように「干渉」し、粒子のように真っ直ぐ、進みます。学校で、ガラス管の中の羽根車を光に当てると回り始める実験って、みんな経験していると思います。波の場合、波を進める(広げる)粒子自体は、正確には円、もしくは楕円の振動を上下に起こします。波自体は広がっていきますが、その粒子は上下に振動するだけです。トーマス・ヤングが行った実験では、光を二重のスリットに通すと、その先のスクリーンには「波の特徴である縞模様(干渉縞)」ができます。これは光が波の性質を持っている証拠です。

ハイ、見事にこの辺りで頭痛が始まります。量子論の世界では常識だとしても、門外漢の頭の中では全く非常識であり、頭の中にそのイメージが上手く湧いてくれません。かろうじてヒントめいたものを与えてくれるのは「津波」のようなものかな?と思える程度です。通常の波はいくら高くても、要はサインウエーブ状に水の粒子が上下するだけで、波自体に陸地の奥深くまで入り込ん行く(進む)力はありませんが、「津波」は波(水)の中を震源で得たエネルギーが伝わり、波は陸地の奥深くまで進んで行きます。門外漢のイメージはこの辺が限界でしょうか。

で、電子のトンネル効果ですが、光も電磁波も同じ仲間ですけど、確かに光はガラスを透過します。また、携帯などの電波も壁を通過してきます。光を単純に粒子と考えれば、同じく粒子で出来たガラスや壁に弾き返されるはずです。しかし、実際にはそうなりません。何故?

これこそが、「光の波としての性質」によるものらしく、イメージ的には透過というより「染み出る」といった方がよいような…。音も波ですが、これも確かに壁を通り抜けて伝わってきます。これは波の「回析(障害物のかげにまわり込んで進むこと)」により、わずかな隙間でもそこから向こう側に広がって行くからだそうで、光もまた然り…。

トンネル効果が起きるのは電子だけに限らないようですが、「質量が大きくなるほど起こりにくくなる」ということです。ですから、人間のように大きなものは「トンネル効果が起こりにくい」。ここが問題です。「起こりにくい」ということは「起こらない」訳ではなく、可能性が0ではないという事です。そもそもトンネル効果もどれだけ透過するかは電波の波長や壁の材質によって異なってきます。では、ある条件が整えば「人間が壁をすり抜ける」事も可能であるのか? 答えは「Yes」なんです、量子論では。ただし、確率でいえば100億年以上かけて挑戦しても、まず無理だろう、ということです。

このあたりなんです。非常に興味深い対象である「量子論」に門外漢が「おちょくられて」しまうのは…。「どっちやねん!」とイチャモンをつけたくなります。しかし、質量が殆ど0に近い素粒子の世界ではこの「壁のすり抜け」が事実起きている訳です。この辺りを「面白く」感じるかどうかは、真っ二つに分かれるでしょうね。電子のトンネル効果は「エネルギーの不確定性関係(補足説明※19)」からも考える事ができるそうですが、脳が限界に…。

しかし、もし仮に、人が「壁をすり抜け」られたとしても、人の身体は粒子の集まりですから、全てではなく、そのうちの何割かだけがすり抜けたとしたら、壁の向こう側に現れる姿はどんなものでしょうね…。想像するとちょっとゾッとしますが。違う次元を人間が移動すると「裏と表(外と中)」がひっくり返る、というSFの話を思い出します。

「不思議」を考える編 目次へ




★怖い その41「素潜りでアワビの密漁… その岩陰に…」
★不思議 その31「水滴が…? どこから?」
★不思議 その27「人が壁をすり抜ける確率は? 電子のトンネル効果」
★不思議 その45「目を閉じているのに、何か見える…」
★思い その35「傲慢症侯群 傲慢は人格障害の一種 何を今更」


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