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「不確定性原理」って、未来は決まっていないってことなの? それとも現在から必然...

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ID非公開さん

2015/8/1421:57:32

「不確定性原理」って、未来は決まっていないってことなの?
それとも現在から必然的に導かれるの? どうして現在が不確定なの?

補足不確定性原理って、
①現実に粒子ちゃんの位置と速度が確定してないよ
②現実には確定してるけど、正確には観測できないよ
③確定していて観測出来るけど、正確に計算できないよ
④計算式が正しくないんで、計算出来ないだけだよ
のどれ??? このままじゃ、粒子ちゃんかわいそうだよ。

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ideasさん

2015/8/1511:30:02

①です。
測定がどうとかじゃなくって不確定は物理的実体です。
不確定が無ければ電子は電磁力で原子核に取り込まれてしまう筈です。電子の不確定と電磁力のせめぎ合いで原子は一定の大きさを持ちます。
中性子星のように大きな重力と圧力が加われば原子も小さくなります。不確定が圧力という力で折れるんだから観測するとかしないとか関係ありませんね。

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    質問者

    ID非公開さん

    2015/8/1512:29:52

    粒子ちゃんの居る場所や速度が確定していないってどう言うこと?
    1つの粒子ちゃんが、ここやあそこに同時に居るの?  一粒の粒子ちゃんが同時にいろんな速度で走るの? これじゃ、粒子ちゃん困っちゃう!

    貴方は、今そことここに居るの? 貴方は、今止まっていて動いているの? いったい貴方何者???

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質問した人からのコメント

2015/8/15 23:58:18

優しそうなおじさんを選んじゃった。みなさん、ありがと!

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catbirdさん

2015/8/1503:11:14

物質である粒子(一本の超ひもの振動)は、物質波として表現出来ます。つまり、粒子は波長と速度で表せます。そして、ドブロイの物質波の方程式は
①λ=h/(mV )(λ=波長・h=プランク定数・m=物質の質量・V=速度)
です。
※ドブロイの物質波の方程式の導き方は、後で説明します。

従って、
②h/m=λ×V=波長×速度
と言う関係が成立します。h/2π=ħ(ディラック定数)、プランクエネルギー=Mg(プランク質量)×C^2(光速の2乗)、h=2π×プランクエネルギー×Sp(プランク時間)、C=Lp/Spなので、②は
③速度×波長=h/m=2π×Mg×C^2×Sp÷m=2π(Mg/m)×C×Lp (Sp=プランク時間・Lp=プランク距離)
∴④h/2πm=(Mg/m)*C*Lp
と変形されます。
この様に、質量mが定まると、波長×速度が一定値となるので、波長を小刻みに変化させると速度は大きく変化し、逆に速度を小刻みに変化させると波長が大きく変化してしまうのです。

この関係を
△x*△V>h/2πm (不確定性原理) (△x=波長の極限値・△V=速度の極限値)
と表します。

この様に、一方を正確に記述しようとすると、他方が大まかな数値になってしまう関係にあります。これを「不確定性原理」と言います。
本来なら、速度も波長も滑らかに増減する筈です。しかし、この様な制約があるために、速度又は波長を大まかな数値でしか記述出来ません。その為に、正確に物質を記述(確定)することが出来なくなり、未来の予測があいまいになってしまうのです。

では、ドブロイ波長の方程式の求め方を説明します。
物質は、粒子であると同時に波としての性質も持ちます。物質を構成する基本粒子は、1本の「超ひも」の振動として表されます。そして、「超ひも」の振動回数が多い程、物質の質量が大きいのです。
光も同様に、1本の「超ひも」の振動で表されます。そのエネルギーは
光のエネルギーE(ジュール)=1h(プランク定数)×ν(振動数:回/秒)
です。
「超ひも」の振動数が多くなると、1本の「超ひも」は、光から物質になります。そして、最も振動数の多い「超ひも」が、最も質量の大きい粒子です。この時の質量をプランク質量{(2.17651×10^-8)㎏}と言います。
また、時間の最小単位をプランク時間Sp=(5.39106×10^-44)秒・距離の最小単位をプランク距離Lp=(1.616199×10^-35)mと言います。
この世で一番多い振動数は、(最小時間であるプランク時間×2π)秒に1回振動する数です。従って、
最も重い「超ひも」の1秒間当たりの振動回数ν(回)=1秒÷2πプランク時間Sp=1/2πSp
です。

1本の「超ひも」が取り得る最大質量を、プランク質量(M㎏)= (2.17651×10^-8)㎏と言います。それをエネルギーに換算したものをプランクエネルギーと言います。
プランクエネルギーE=h×v(振動数)=h(1/2πSp)= (6.629069×10^-34J*s)/{2π×(5.39106×10^-44)秒}=1.956150×10^9 J(ジュール)= (2.17651×10^-8)㎏×(2.997924×10^8)m/秒×(2.997924×10^8)m/秒=MC^2(ジュール)
となります。

元に戻ります。上記のとおり、m㎏の一本の超ひもの1秒間の振動数は、(mC^2/h)回/秒です。ですから、1回の振動に要する時間は、(h/ mC^2)秒です。波の波長をλ(メートル)・速度をVm/秒とすると
②波長λ=速度×1回の振動に要する時間= Vm/秒×(h/ mC^2)秒=hV/mC^2
です。
しかし、m㎏の質量が静止している時には、移動エネルギーはありません。実は、物質はそれが有する移動エネルギー量に応じた振動をします。
上記のとおり、m㎏の静止している物質はmC^2Jのエネルギーを有します。移動すると、このエネルギーが移動エネルギーに換わります。光速Cで移動する物質はmC^2J全てが移動エネルギーとなります。また、移動する物質の持つ移動エネルギーは、速度の2乗に比例します。光速Cで移動するm㎏の物質の移動エネルギーをmC^2(ジュール)とすると、
速度Vで移動する物質が有する移動エネルギーE(ジュール)=③mC^2×V^2/C^2=mV^2
となります。従って、
④速度Vで移動するm㎏の一本の超ひもが1回の振動に要する時間= (h/ mV^2)秒
です。

②と④より
⑤波長λ=Vm/秒×(h/ mV2)秒=h/mV
とドブロイの物質波の方程式「λ= h/mV」が求まりました。

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ef5********さん

編集あり2015/8/1423:45:47

量子論が述べている「未来は不確定である」と言う考えは「シュレディンガーの猫」のパラドックスの解として導きだされたものです。
物質は観測されない限りとりうる全ての状態が重ね合わさっていて、観測した時点でそのうちの何れか1つが確定すると言う事。
因みに
未来が不確定だからと言って、全ての選択肢のうちの1つを無条件で選択する事は出来ません。
選択するにあたり下記の条件があります。
それは因果関係です。
現在と因果関係にある未来(選択肢)しか選択出来ません。
ですので
「現在から必然的に導かれる」わけではありませんが、因果関係と言う制限はかけられます。
ついでに
上記に従い
現在(観測)は確定しています。
因みに
現実社会においては
未来が不確定なのは常識です
「予定は未定であって決定に非ず」
聞いた事ある文言だと思います。この文言こそ未来は不確定であると端的に述べている文言です。

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2015/8/1423:26:00

本来の不確定性原理はそういう事ではありません

量子力学で互いに交換しない演算子で表される2つの物理量の測定結果の標準偏差の積には下限値が存在するって事です(笑)

簡単に言えば、運動量と位置、時間とエネルギーなどは、同時にドンピシャで測定するのは不可能で、片方の精度を上げると一方の精度の不確定性が増してしまいますよってこと。

ある物理量Aの標準偏差⊿AとBの標準偏差⊿Bの場合、

⊿A・⊿B≧h/4π

が成り立ちます。hはプランク定数で

h≒6.62606957×10^―34

です。

これは測定値のバラツキ(標準偏差)に関する式であって、測定機器による誤差とか、測定機器が系に与える影響とは無関係な式です。またハイゼンベルグの不確定性原理は限定された状況で成り立つ式で、常に成り立つとは限りません。

■■■

さてこれを真空中に静止した電子に当てはめると、いくら時間が経っても変化なく、そのエネルギーを確定できてしまいます。真空の状態に変化ないからです。実際は真空が不確定性原理に基づいて揺らいでいるので、その影響を電子が受けるのです。

■■■

場の量子論では素粒子は全て波動であると考えます。波であり粒子ではありません。そもそも波の位置を特定するなんて不可能なのです(波には広がりがあり点ではないから)。しかも場との相互作用で激しく変動します(波の形が複雑怪奇になる)。予測不能です。実際厳密な計算なんてスーパーコンピュータでもできません。原理的に不可能なのです。

超ミクロ空間では何が起こるか予測できず、それがマクロ世界にも影響を与えます。だから未来は予測不能とされます。

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f66********さん

2015/8/1423:00:03

そんな大げさな話じゃない。
せいぜい頑張っても避けられない測定ノイズが存在する、程度の話。

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kl2********さん

2015/8/1422:44:36

すごく簡単に言うと、量子は位置と速度を同時に観測することが出来ない。

観測できないから確定できない。だから不確定性原理。

未来は決まっていないとか現在が不確定とか、そういうオカルトチックな原理ではありませんよ。

未来が決まってようが決まっていなかろうが、わからないのだからどっちでも良いじゃないですか。

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