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相補性原理とは?

そうほせいげんり

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相補性原理とは、量子力学において粒子と波動のように対立する性質が同時には観測できず、互いに補い合って完全な記述を構成するというニールス・ボーアの考え方です。

相補性原理(そうほせいげんり、complementarity principle)は、デンマーク物理学ニールス・ボーアが提唱した量子力学の根本的な概念です。量子の世界では、「粒子性」と「波動性」のように対立するように見える二つの性質が、実験の設定によってどちらか一方しか観測できず、両方を同時に完全に測定することはできないと主張します。

光や電子は、実験の条件によって粒子としてふるまったり、波として干渉・回折を示したりします。粒子の位置を精密に測る実験では波動性が現れず、波動性を観測する実験では粒子的な位置情報が失われます。この「どちらを観測するかで実体の見え方が変わる」という性質を、ボーアは互いに相補的(complementary)であると表現しました。

相補性原理はハイゼンベルクの不確定性原理と密接に関係しています。位置と運動量、あるいはエネルギーと時間のように、同時に精密に決定できない量の組み合わせが存在し、これらは相補的な物理量のペアとみなされます。

この原理はコペンハーゲン解釈の中心的な柱であり、量子力学の哲学的解釈において重要な位置を占めます。現代の量子情報・量子コンピュータ研究においても、測定が系に与える影響という形で相補性の概念は生き続けています。

使い方・例文

二重スリット実験では、電子がどのスリットを通ったかを観測しようとすると干渉縞が消えてしまいます。波動性と粒子性が同時には現れないこの事実が相補性原理を端的に示す例です。

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