量子力学は、物理学の一分野で、極小のスケール(原子やそのより小さな粒子)で起こる現象を記述するための理論です。1900年代初頭に、物理学者マックス・プランク、アルベルト・アインシュタイン、ニールス・ボーアなどが、ブラックボディ放射や光の量子仮説などを研究する中で、量子力学の基礎を築きました。
量子力学の主要な特徴
粒子と波の二重性
量子力学では、物質や光などの粒子が波動としても振る舞うことが理解されています。これは、微粒子が粒子としての性質と波動としての性質を兼ね備えていることを示しています。
プランク定数
エネルギーの量が離散的な値(量子)でしか取り得ないことを示すプランク定数(h)が量子力学に導入されました。これにより、エネルギーの連続性が否定され、量子化されたエネルギー準位が存在することが示されました。
状態の重ね合わせ
量子力学では、粒子の状態が複数の状態の重ね合わせとして表現されることがあります。これはシュレディンガーの猫のような有名な例で表されます。シュレディンガーの猫は、量子状態である猫が生きている状態と死んでいる状態の重ね合わせとして存在することを示しています。
確率性
古典力学では、物体の位置と運動量は厳密に予測できるが、量子力学では、微粒子の位置や運動量は確率的な性質を持ちます。この確率性は、物理的な観測が微粒子の状態を特定することが不可能な場合に現れます。
不確定性原理
不確定性原理は、位置と運動量、エネルギーと時間などの物理量の同時測定の制約を示す法則です。これにより、ある物理量を正確に測定するとき、同時に他の物理量の精度が低下することが示されます。
まとめ
量子力学は、原子・分子物理学、固体物理学、素粒子物理学、量子情報科学など、多くの分野で重要な理論として応用されています。また、量子コンピューターや量子通信など、未来の技術の可能性も広がっています。ただし、量子力学は古典力学とは直感的に理解しにくいため、しばしば非常に奇妙な振る舞いを持つことがあります。
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