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引き寄せの法則 その2 二重スリット実験

前回、「量子は観測者によって状態を変える」という不思議な話をしました。

この結果の元になった「二重スリット実験」について少し説明します。

スリットというのは隙間のことです。実験はこのようにして行われます。

電子を発射する電子銃があり、その先にはボードがあります。

ボードにはコンセントの穴のように2つの同じ隙間があります。

ボードの奥にはスクリーンがあり、このスクリーンは写真のフィルムのように感光する性質を持っています。

電子銃から放たれた電子はボードのスリットを通り、スクリーンにぶつかると感光して白い跡を残すという仕組みです。

要するに、2重スリット実験を簡潔に言い表すとこうなります。

「2つ穴が開いたボードに向かって、電子を飛ばしたとき、その奥のスクリーンには何が映りますか?」

非常に簡単な実験ですね。これを実験Aとします。

まず最初に電子銃から大量の電子を放射するとどうなるか?

結果としてはスクリーンにはキレイな縞(しま)模様ができます。

この縞は干渉縞(かんしょうじま)と呼ばれます。

干渉縞は波紋などに見ることができ電子が波の性質を持っていることを意味します。

まず、電子銃から電子の「波」が飛んでいき、スリットのあるボードに到達します。

ボードには「2つのスリット」があるので、波は「スリットAを通っていく波」と「スリットBを通っていく波」の2つに分かれます。

すると、スクリーン上には、その2つの波が重なり合ったものが現れます。

つまり、2つの波の「山と山」「谷と谷」が重なっているところは、お互いに強め合って明るくなり、逆に、波の「山と谷」が重なっているところは、打ち消しあって波が消えてしまい、その場所は暗くなってしまうわけです。

干渉し合うわけですね。

したがって、シマ模様を作ることになります。

池に2つ同時に石を投げてみてみると2つの波紋ができるのと同じです。

このことから電子が波の性質を持つと考えられます。

電子が波の性質を持っているとして、これを証明しようとしたらどうすればいいでしょうか?

電子をただ1個だけ飛ばしてみることを思いつきます。

結論から先に述べると、スクリーンには、ポツンと小さな点が現れます。

これは、電子1個を飛ばしたのだから、スクリーン上には、その1個が当たった場所が「点」として映るということで当たり前の話でありなんの不思議もないですよね。

電子が、スクリーン上に「点」として映ることは、「電子が粒子」であるという確かな証拠となります。

では、追加実験としてスリットAとスリットBにそれぞれ、「電子が通ったかどうかを観測するセンサ」を置いてみます。

もし、電子が本当に粒子であれば、スリットが2つあったら、どちらかのスリットから出て行くことになります。

早速、2つのスリットに「電子が通ったかどうかを観測するセンサ」を置いて、実際に「電子1個」を飛ばしてみます。これを実験Bとしましょう。

すると、2つのセンサのうち、必ず一方のセンサしか反応しないのです。

スリットAのセンサが反応すれば、スリットBのセンサは反応しない。

逆に、スリットBのセンサが反応するときは、スリットAのセンサは反応しません。

つまり、2つのセンサが同時に反応することはなく、どちらか一方だけが反応するのです。

これは、すなわち、電子1個が「一方のスリットを通り抜けたとしたら、他方のスリットは通り抜けていない」ということになります。

イコール「1個の粒子」であるという確かな証拠となります。

1個の粒子が、2つの穴を同時に通り抜けることはありえないので、当たり前の結果ですよね。

したがって、電子は、粒子であるという結論を持つことができるわけです。

一件落着と思われたのですが、重大な問題があることに気が付きます。

実験Aでは「電子は波」という結論になり、実験Bでは「電子は粒子」という結論になってしまっているからです。

波と粒子とでは性質がまったく異なります。

電子は波なのか粒子なのかという疑問が生じるわけです。

実験Aでは電子を大量に飛ばしたので波状で広がり干渉縞ができました。

実験Bでは電子を1つだけ飛ばしたのでスクリーンにはぽつんと1つだけ跡が残りました。

そこで、電子銃から、「電子1個」の発射を1回ずつ、何度も繰り返したらどうなるだろう? という疑問が生じます。

これを実験Cとします。

実験Cは実験Bの延長なので、当然スクリーンは点々ができるはずと考えられます。

ところが、不思議なことが起こります。

「電子1個の発射」を1回ずつ何度も繰り返して、「点」の数が増えていくと、その「点」の集まりが、実験Aの干渉縞と同じ模様になるのです。

この不思議さ分かるでしょうか?

もう少し考察してみます。

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