本文へスキップ

ハイゼンベルクの不確定性原理とは?

はいぜんべるくのふかくていせいげんり

「原理」の用語まとめを見る

ハイゼンベルク不確定性原理とは、粒子の位置と運動量を同時に任意の精度で測定することは原理的に不可能であり、一方の不確かさを小さくすると他方が大きくなるという量子力学の根本原理です。

1927年にドイツ物理学ヴェルナー・ハイゼンベルクが提唱した不確定性原理は、量子力学の最も重要な原理の一つです。位置の不確定さを Δx、運動量の不確定さを Δp とすると、その積は常にプランク定数を 2π で割った値(ディラック定数 ħ)の半分以上になるという関係式で表されます。

この原理は測定装置の精度の問題ではなく、自然界の本質的な性質です。量子力学では粒子は波動関数によって記述され、位置が確定した状態は波数(運動量)が広く分散した状態に対応し、逆も然りです。これは波の性質から生じる数学的な必然です。

直感的に理解するには光の例が有効です。電子の位置を精確に測ろうとして波長の短い(高エネルギーの)光子を当てると、その光子の反動が電子の運動量を大きく乱します。波長を長くして反動を小さくすると、今度は光の波長が長すぎて位置を細かく特定できなくなります。

不確定性原理は現代技術にも深く関わっており、

  • 半導体・トランジスタの量子トンネル効果
  • 核融合炉・量子コンピューター
  • 走査型トンネル顕微鏡(STM)
などはこの原理を前提に設計・動作しています。

使い方・例文

電子を特定の穴に通す実験では、穴を狭くして位置をより正確に絞り込もうとすると、電子の進む方向(運動量)の不確定さが増し、スクリーン上の散布が広がります。

この用語をシェア

𝕏 でポスト LINE

最終更新:

関連用語