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補足説明※19「エネルギーの不確定性関係」


補足 ■「光」の特性とともに、量子論を楽しむためにはこの「エネルギーの不確定性関係」なるものを無条件で受け入れなくてはなりません。本格的に理解しようとしたら、もう一度、高校から勉強を始めて大学に入りなおす必要があります。それでも理解できるかどうか…。

■とどのつまり「不確定性関係」とは、「ミクロな視点で自然界を見れば、何もかもが不確定で曖昧」という事ですが、ニュートン力学のマクロな世界に生きている我々には、到底理解しがたい事です。少しだけ踏ん張って理解しようと試みれば、「物理量はペアとなる値との間で不確定な関係が存在する」という事です。そのペアには「エネルギーと時間」「位置と運動量」等があります。つまり、その両者を同時に測定する事は出来ない、ということです。

■人間が認識できる範囲の時間の中では無視できる事ですが、この「不確定性関係」と「相対性理論」から、とんでもない結論が導き出されます。「何も存在しないはずの空間(真空)でも、物質が生まれたり消えたりしている」という事です。ここに数式を出しても、意味がないので解説のみを試みれば、「例えば10の-20乗秒というとてつもなく短い時間なら真空の持つエネルギーの不確定さは、電子の質量(殆ど0でしょ)に相当するエネルギー程度となり、一瞬の間なら、電子が突然生まれても良い」という事だそうです。

■つまり、電子があるエネルギー障壁(壁です)を超えられるポテンシャルが無いとしても(電子をボールとすれば、それを投げても越えられない高い壁がある)、ごく一瞬であればその壁を超えるエネルギーを持つ事が可能であり、観察者から見たら、壁の向こうに突然電子が現れ、「電子がすり抜けたように見える(トンネル効果)」訳です。頭痛をこらえて更に考えるなら、エネルギーが壁の向こうで電子に変わったとも言えます。

■「相対性理論」では「エネルギーから質量を持った物体が作れる」ということで、逆もまた真です。よく、加速器で電子や陽子を超高速で衝突させ、その時に発生する一瞬の膨大なエネルギーから様々な素粒子が生まれて来るのを観察する実験がありますが、これは電子や陽子が分解して素粒子を生み出すのではなく、その衝突のエネルギーが素粒子を生み出すという事のようです。

■また、「不確定性関係」においては「真空でさえエネルギーが完全に0の状態ではない」のです。前述の10の-20乗秒という短い時間(長い時間は不可)であれば、そこにエネルギーが発生するという事で、これが「真空のゆらぎ」と呼ばれているものです。

■解説というより、何とか言葉にしているだけで、頭痛とともに、不思議さで脳が泡立ってきます。

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