二重スリットを通過する電子の観測方法とは？
二重スリット実験の別スレッドがありますが、論点が違うので別スレッドを立てます。
実験を解説したホームページや動画がありますが、
「観測」方法をわかりやすく具体的に説明したものが見つけられません。
例えばこんなイメージ図がありますが、スリットを通過する電子を横からセンサーで観測しています。
https://xn--ccke5d6a8fj3i7afn.com/wp-content/uploads/2017/06/%E9%87%8F%E5%AD%904.jpg
電子に何かの素粒子を当ててその散乱具合を見るのでしょうか？
それだと素粒子の当たった電子が状態を変えてしまいます。
またはこんなイメージ図があります。電子の通り道に何らかのセンサーを置く。
http://noexit.jp/tn/img/slit5_b.GIF
例えばコイルの中を電子が通れば起電力が生じてセンサーで観測できそうですが、
それだと電子のエネルギーを奪ってしまいます。
いったいどうやって観測しているのか。
観測＝電子と何らかの相互作用が発生 が前提だと思うのですが、
素人向けの説明では「観測」というあいまいな言葉ですませて、
何の相互作用もないけれど見ることで結果が変わるといった誤解を誘っているように思えます。
実際のところどのような観測方法があるのでしょうか？
ご存知の方がいればおしえてください。 >>127
確かにそうだよな
>>128
教科書に載ってる抽象的なイメージの図解を見たことあるんだが
ああいった電子雲見ると無数に存在しているように見えても仕方ないわな >>128
量子とは波にも粒子にも見えるもの。
量子とは既存の「波」や「粒子」という概念では表現できない状態で存在するものです。
量子が具体的にどんな状態なのか説明できる人は世界に誰もいないと言われているのは有名な話。
では一体どうやってその状態を説明するのか？
量子が「粒子」にみえるのはいったいどんなときなのか？
粒子に見えるときの位置や運動量の確率分布はどうなるのか？
波動関数は「粒子」の存在確立を表現するためのものです。
なので波動関数が量子の状態を表してるとも言えなくは無いですが、もっと正確にいうなら、量子の状態の中の一部である粒子性を表してるという方が正しいと思います。
世界で誰にも説明できない量子の状態を誰でも知ってる「粒子」という概念で無理やり確率的に表現するのが波動関数。
人類は量子というものをまだほとんど何も理解してないというのが世界で共通する正しい認識です。法則の一部を理解してるだけです。
量子はおそらく一点で渦のように波打つエネルギーのかたまりのようなものですね。
おそらく同じ大きさで反対称の２つの波はつり合いが取れた状態で一点でループするのではないでしょうか。
電子の軌道は波長の整数倍の長さでしか安定して存在できなかったり。
電子は一つの軌道内で２つしか存在できず、しかも運動が鏡合わせのように反対称な状態でしか存在できなかったり。（パウリの排他律）
これらは電子の正体が波であるなら納得できます。 >測定によって量子の本来の状態が変わることはない
原子内部で安定状態にある量子ならそうですね。
軌道の電子を弾き飛ばそうとしても元の軌道に戻るので。
でもそれは変化してないように見えるだけ、という理解の方が正確だと思います。
普通に考えれば運動量を交換すれば観測対象は必ず変化するはずです。
例えば地球と月は同じ円軌道を保ち続けますが、
月がもう一つ存在するとして、２つの月が衝突で入れ替わったとしても地球と月は同じ円軌道を保ち続けます。
そして円軌道は変化してないように見えます。それと同じことです。
月（量子の場合はエネルギー）を交換しても円軌道という状態に変化はない（変化してないように見える） >↑これも間違い１個しかない量子が雲のように広がるわけがないので
量子が粒子ならそうですが、
量子が波なら１個とか数えられる概念は当てはまりませんよね。
波は山と谷が連なってるだけなので１個とか２個とかありません。
山の一番高い部分と低い部分で区切ることは可能ですが。
↓この記事はまさにそのことを証明してるな、と感心しました。
https://nazology.net/archives/108705
「光の運動量を0にすると二重スリット実験で「しま模様」が消えると判明 - ナゾロジー」
おそらく人間は波の山の部分を粒子として認識してるだけとか、それに近い何かなのでしょう。 こないだニュースで知ったんだが
二重スリット実験では1つの粒子が2つの経路に分割されている、広島大が確認
ttps://news.mynavi.jp/techplus/article/20220506-2339380/
てのもあるよ
俺はこれが正しいと信じている
量子は存在せず、粒子が分割されてるだけなんだよと
アインシュタイン博士の言う「神はサイコロをふらない」が正しいんじゃないかな
量子力学の超弦理論の仮想現実世界の話は存在せず、パラレルワールドもなく
世界はひとつなんだよと 俺は思うがね ただ、SF映画とかだと、パラレルワールドがあった方が面白いわな
面白いアイデアだった だから特に嫌いじゃない こういう不思議系も俺は好きだからね >>130-133
妄想する時間があるなら量子力学の教科書を何度も読み直した方がよい
観測問題は実は既に決着した問題で元々そんな問題など存在しないのだ
文章を見るにあんたは量子力学をちゃんと勉強したことがないようだ
古いブルーバックスの本なんかでウソをインスパイアされてるように見える
結論だけ言うと
量子の状態は波動関数で記述されるものがすべて
人間はそれ以上の情報を手に入れることはできないのだ 量子は波でも粒子でもなく「状態」としか表現できない
しかもその状態を（そのままの姿で）「測定」することもできない
その「状態」は確率的にしか記述できず、測定した瞬間には確率的ではなくなった情報を人間が得るだけだ
あえて波/粒子という言い方をすれば
観測しない時（これが本来のケース）は波（正確には量子状態）であり
観測した瞬間だけ粒子として測定される（確率が収束） あと1点
測定によって物理的状態が変質するかどうかだが
厳密には干渉は起こるだろうが（量子デコヒーレンス）、影響は殆どないとされる
本質的問題ではない
本質的問題とは確率で記述された状態を「測定」すると確率的でなくなった情報しか得られないということ そりゃー教科書読んで自分で数式書いて自分で理解できるならそれが１番良いが
それができるのって世界中でもほんの一握りだろ？ 本でも書く学者ならともかく
学部で勉強するレベルなら教科書読んで数式たどって理解するのは普通のことだろ
理系の学問スレでそれ以下だとここに来ても仕方なかろう >>133
記事ちゃんと読めてないと思うぞ
キーワードは「弱測定」
弱測定とは量子状態の重ね合わせを壊さずにその状態を測定する観測手段である...とwikipediaには書いてある
量子状態の重ね合わせとは 確率的重ね合わせのこと
これを極力壊さないように観測できる方法があるということらしいな
具体的なイメージをサイコロの確率分布で考えてみると
普通にサイコロを振ると1/6の確率で１から６までの値のいずれかが出る
これを偶数と奇数どちらが出るかという新サイコロを仮定するとこれが「弱測定」に相当する
{１，３，５}{２，４，６}のいずれかが実現するが
奇数が出たとしても情報はそれだけで{1,3,5}のいずれなのかはわからない つまり重ね合わせ状態がまだ残っている
このようにすれば
２つのスリットをそれぞれ確率1/2で通過するような実験結果が出るであろうことは想像できる
この記事で驚くのは「量子状態の重ね合わせを壊さずにその状態を測定する」ことを実際に実験で実現してみせたことだ
つまり量子は確率的重ね合わせで記述されるもので、測定によって確率的収束という結果が出ていることを確認できたということ
（この実験では確率的収束が1/2ずつに分離した） >>130
>>電子は一つの軌道内で２つしか存在できず、しかも運動が鏡合わせのように反対称な状態でしか存在できなかったり。（パウリの排他律）
これもひどいな！それパウリの排他律じゃないから
パウリの排他原理とは
「2つ以上のフェルミ粒子は、同一の量子状態を占めることはできない」
このことから量子を１個２個と区別して数えることができる >>140
>>電子は一つの軌道内で２つしか存在できず、しかも運動が鏡合わせのように反対称な状態でしか存在できなかったり。（パウリの排他律）
これはパウリの排他律の説明をしてるわけでは無いです。
大昔から存在する原子内部の電子配置の意味をパウリの排他律によって合理的に説明可能という意味です。 >>134
それは非決定論的な支持者が一番多い確率的解釈ですね。
支持者が一番多いだけなのでそれが正解というわけではないですよね。
「解釈問題」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B3%A2%E5%8B%95%E9%96%A2%E6%95%B0#%E8%A7%A3%E9%87%88%E5%95%8F%E9%A1%8C
そもそも確率的解釈は本質的な部分を丸投げして分からないことを分からないままにしてるだけなので。
今後も次から次へと登場するであろう新しい発見はそれだけでは説明不足になるでしょうね。 波だと考えれば説明できることが大多数なのに対して、
粒子だと考えることで説明できることって少ないんですよね。
なのになぜ無理やり「粒子」という概念で量子を説明しようとするのか。
人間がイメージしやすい物体のイメージが形ある粒子だからでしょうね。
形ある粒子ベースではなく、そもそも物体の正体は形の無い波なのだと考えるのが正解なんじゃないでしょうか。
粒子と粒子が衝突するのではなく、波と波が衝突してるだけ。
粒子と粒子の間に引力、斥力、が働くのではなく、波と波が引き合ってるだけ。
そう考えれば無理やり量子を粒子の概念に置き換えて考える必要もないですし、二重性を考える必要も無く、確率解釈する必要も無くなります。 >>143
そんな１００年前の解釈を鵜呑みにしてそのまま現代にもってくるな
このwikiも
出典がまったく示されていないか不十分です。内容に関する文献や情報源が必要です。（2021年9月）
正確性に疑問が呈されています。（2021年9月）
と指摘されてるだろ？
自分の不勉強を顧みず既に結論が出てる問題に噛みついても仕方ない >>145
解釈は無数にあると言ってるだけです。
>量子の状態は波動関数で記述されるものがすべて人間はそれ以上の情報を手に入れることはできないのだ
>観測しない時（これが本来のケース）は波（正確には量子状態）であり観測した瞬間だけ粒子として測定される（確率が収束）
よく見る言い回しなので、別にあなたに噛みついてるわけではありませんよ？
でもよく考えてください↑これってほぼ何も分かってないと言ってるのと同じなんですよ。気づきませんか？
何だかわからないけどそういう性質なんですよと言ってるだけなので、なぜそうなのか根本的なメカニズムを説明できません。 例えば、２つの山があるとします。レッドマウンテン、ブルーマウンテン。
この２つの山は土台の一部を共有する形で隣に並んでます。
さて問題です、共有部分ははたしてどちらの山なのでしょうか？
これと同じことが波にも言えます。
波形には山と谷がありますが、２つの波の共通部分ははたしてどちらの波なのか？
波は振動ですから、振動にも同じことが言えます。
２つの振動の共通部分は果たしてどちらの振動なのか？
そしてこれらには１個とか２個とか数えられる概念はあてはまりません。
人間は一番目に付く山の部分を１個として認識してるだけです。
仮に、地球上すべての粒子、あるいは空間すべて（ゆらぎも含めた）が共通する振動を持っているとして、
その共通する振動を人間は認識可能かどうか？私は重力の秘密がそこに隠されてると感じています。
解釈や発見は身近なちょっとしたところに無数に隠れてると私は思います。 >>146
それは違うよ
自分が理解できないからと言って他人もそうだと決めつけるべきではないよ
誤った解釈は棄却すべき
「原理的に情報を得ることが不可能である」ことを「わからない」などとはいいません
量子は運動するが位置も運動量も確率的にしか記述できない
これが１００年前の量子力学の結論です >>147
文系の人は場を乱すな
波束は複数の波の合成からできたもの
それぞれの波には固有値が対応しておりちゃんと数えることができる 学びたいのかと思って丁寧に説明してあげていたが
学ぶ気がないんならもうやめるヨ 悪しからず >>149
波とは媒質の振動の連なりが広がってるだけです。
そこに描かれる振動の整列が波に見えるだけです。
なので重なってるとか１個とか２個とか区別できる概念はあてはまりません。
あなたが言うそれは単に元の波の状態（情報）を重なりから推測してるだけです。
そんな個別の波が実在してるわけではありません。 >>150
>学びたいのかと思って丁寧に説明してあげていた
それ誰が言いました？ここ数日の書込みにはありませんが。
私が書いたのはこれですね↓どうせならこの興味深い新しい発見について、あなたの解釈を聞かせて欲しかったです。
https://nazology.net/archives/108705
「光の運動量を0にすると二重スリット実験で「しま模様」が消えると判明 - ナゾロジー」 >>151
とりあえず波束とは何かを自分で調べてみろ >>153
波束
「移動する1個の波動の塊のようにふるまう」
まさか、そんな個別の波が実在すると考えてるんですか？
波でも波束でも同じです。媒質や場の振動の整列でしかありません。
整列してる様子が個別の固まりに見えるだけです。 >>152
とりあえず読んだが記者の理解不足が目につくな
>そのため光の運動量が0だとほぼ100%確定している状況では、
>光の存在位置は許される限り無限に広がっていくと予測されました
↑この説明がまず怪しそうだな
ΔxΔp≧?/2
不確定性原理は位置と運動量の「バラツキ」が確定しないのであって位置と運動量そのものの話じゃない
位置のバラツキが無限大になる≠位置が無限大になる
記者の理解が浅いのかきちんと区別できてないようだ
>研究者たちが実際に運動量が0になった光を調べたところ、
>光の位置が材料内部で全く不明になっていることが判明します
↑これが正しい説明で、不確定性原理に適っている
バラツキが無限大になるので位置は不明になる >>154
y=C1*exp(-iωt) + C2*exp(iωt)
で表される波の個数は２個と数える
一般的な波動方程式
d^2y/dt^2 = -ω^2*y
の解になる
固有値は±ω
２つの波の重ね合わせだから波の個数は２個と考える >>156
そんな勘違いする人は一人もいないと思いますが。
その記事が言いたいであろうヤングの二重スリット実験で光に粒子性が見られないという内容とも関係ないですね。
https://nazology.net/archives/108705 >>157
例えば、水を媒質とする波であればとなりの原子に運動エネルギーだけが移動します。
実際に原子か何かが移動するのではなく振動のエネルギーだけが移動し、その整列する姿が波や波束に見えるだけです。
そして通常の波であれば、ホイヘンスの原理に従って球面波がどんどん広がっていきますよね。振動のエネルギーは周囲に拡散して急激に小さくなります。
なので波束のように一か所に振動が保存され続けると言うことは通常の波にはありえません。
波と波束の違いはただそれだけです。
なので１個２個という数え方は、単に振動エネルギーの集まりを個別に数えてるだけです。
そんな個別の何かが実体ある原子か何かのように存在してるわけではありません。 音波や電磁波を微小な測定器で振幅・振動数を観測しても波動は消えない。
1個の電子の波動状態は観測で無くなる（収縮）。 スリットに当たるという相互作用は観測にならずに
スクリーンに当たるという相互作用は観測になる
というのが理解できない >>162
スリットは遮るものの「無い」ところなんだから、当たらないわな 感光板でスリットを作ればスリットにあたったことを観測できるよ スクリーンに当たるのはスリット（隙間）を通過した電子なんだから、その脇に検出装置や感光剤を付けてもなんら影響はないな。 >>162
>スクリーンに当たるという相互作用は観測になる
粒子の位置を観測したということ、どちらのスリットから来たか不明。
例えばスクリーンが電子当たれば感光する物質ならば、大量の電子が当たればその
位置の変色の度合いから干渉縞かどうかが分かる。
>>163
>スリットは遮るものの「無い」ところなんだから、当たらない
不正確
正しくはスリットの端に粒子が当たって出てきても当たった位置を物理観測（測定）してない。（できない）
どちらのスリットで何処に当たったか完全に不明なとき干渉現象が観測できる。
人が直接観測する必要もない、実験装置で何を観測するかの観測器の配置できまる。 >>168
光線を平面鏡で反射させても干渉現象が観測出来るのは誰でも知ってる
１個の光子が平面鏡のどの位置に当たったか不明であり痕跡も残さないからだ。
電子などの粒子でも同様 観測する方法は、見るだけではない。 光を使わなくてもスクリーン上のどこに衝突するか知る、コレも観測だ。
>>1の疑問の根本には、観測とは「光を当てて見てみる」って事1つしか頭に無いんだろう。
で、光を当てることで現象の結果が変わるのであれば、物理学者は「観測で」とは言わずに、「光を当てることで、結果が変わる」と正確な言葉づかいで発言するさ。
観測とは何か・・・・ ココなんだけど、 観測とは「量子情報を得る事。手段は問わない」 と言うことだよ。
では、情報って何なんだー って話になると思うんだが、すまんワシには分らん。
でも、情報を物理量のようにあつかう考え方もあって、 ホーキングとかはブラックホールに落ち込んだ情報は、二次元平面上に保存される。やら言ったり、
もっと解釈を広げて、この世自体 すべてが2次元に投影されたホログラフィックだ!!! なんてことを言う物理学者もいる訳。
情報って何だろうね。 ホントに物理量なのかなー??? でも感覚として、物理量ぽいよねWWWW
観測するってのは、そこから情報を得ることです。 情報を得たら、量子のふるまいが変わるのです。
アインシュタインは「神はサイコロを振らない」と言いましたが、コレは間違いで
毎回神はサイコロを振って出た目で 情報を決めているのです。 お前らは 観測方法ばかりに重点を置いているけど、 量子力学は、そこじゃねーだろ。
もちろん2重スリットの前の状態を確認した奴はいない。 確認すれば粒子として振るまうんだから、波としての状態を直接確認しようがないわなw
波の状態は確認できなくても、確認しないと波としての干渉縞を作るんだから、波として考えりゃ人類は次すすめるんじゃねーの? >>170
>観測とは「量子情報を得る事。手段は問わない」
量子力学の「観測」の意味なら十分だろ
>情報って何だろうね。
妄想は必要ない
少なくとも量子力学で量子実験の結果を予測するのに「情報理論」の定義で十分だ。
電子の(量子)情報の例なら 電子の初速度v 2重スリットの構造寸法、スクリーンの距離L
2重スリットの電子通過の検出確率P、スクリーンの電子位置精度M
などが実験装置の情報である。
それらの物理量と確率情報から、量子力学の計算によりスクリーン位置の電子分布が予測できる。
0 < v , 0 < P < 1 , 0 < L,M など任意に変えて計算すればいいだけだ。
(実験物理学者でなければ検出方法や確率値に立ち入る必要が無いのが判るだろ)
量子力学は古典力学のように1個づつの電子の軌道を計算予測するのではない。
勘違いしないように 観測したとしても、位置と速度が同時に確定しないし。
一般の感覚では無理だ >>174
>一般の感覚では無理だ
意味不明
古典物理学の"位置と速度が同時に確定”を、”物理観測”で言い換えれば
物理量の観測による相互作用は幾らでも小さくでき、被観測系への影響は幾らでも
小さくできる。
しかし
現実の物理宇宙では作用の量子であるプランク定数(0<h)が存在するので否定される。 【ガーシー議員】 有権者に選ばれたのに除名される
://kizuna.5ch.net/test/read.cgi/manifesto/1679987065/l50
