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確率振幅とは?

かくりつしんぷく

確率振幅とは、量子力学において粒子がある状態にある確率を計算するための複素数値であり、その絶対値の2乗が観測確率を与えます。

確率振幅(かくりつしんぷく、英語:probability amplitude)は、量子力学の根幹をなす概念のひとつです。古典力学では粒子の位置や運動量を確定的に記述できますが、量子力学では粒子の状態は確率的にしか記述できません。この確率を表現するために用いられるのが確率振幅です。

確率振幅は複素数で表され、波動関数(ψ)と呼ばれることもあります。重要な点は、確率振幅そのものが観測確率ではなく、その絶対値の2乗(|ψ|²)が実際の観測確率に対応するという関係です。この規則はボルンの規則と呼ばれ、量子力学の基本原理のひとつです。

確率振幅が複素数であることにより、干渉という現象が生じます。複数の経路をたどる確率振幅が足し合わさるとき、位相の違いによって強め合ったり(建設的干渉)、弱め合ったり(破壊的干渉)します。二重スリット実験での干渉縞はこの性質によって説明されます。

確率振幅の概念は、素粒子物理学における散乱振幅の計算や、量子コンピューターのアルゴリズム設計など幅広い分野の基礎となっており、量子論的世界観の中心にある重要な概念です。

使い方・例文

電子が二重スリットを通過する実験において、「スリットAを通る確率振幅」と「スリットBを通る確率振幅」を合計してから絶対値の2乗を求めることで、スクリーン上の干渉縞の強度分布を計算できます。

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