三省堂 大辞林

りょうし-りきがく りやう― 5 4 【量子力学】

素粒子・原子・分子などの微視的な系に適用される力学。シュレーディンガー方程式にしたがう状態を導入、観測によって得られる測定値との間に確率的な解釈を行うことで、粒子がもつ波動と粒子の二重性、測定における不確定関係などを矛盾なく説明する。量子力学は粒子および粒子集団を扱う現代物理学の基礎理論として、一方では原子核論・物性論へ、また一方で素粒子論・場の理論へと進展した。

宇宙用語辞典

量子力学

次の２つの考えに基づく物理学の理論のひとつ。(1)光は量子と呼ばれる離散量においてのみ放射又は吸収されることができ、そのエネルギーは波長に比例する。 (2)粒子の位置と速度を確実につかむことはできない。一方をより正確に知るほど、他方はあいまいになる。

スペース百科

量子力学

素粒子のふるまいを観察する学問

量子力学は、古典的なニュートン力学では説明できない素粒子(そりゅうし)のふるまいをあつかう学問領域であり、相対性理論と並んで、宇宙探究の重要な学問分野となっています。すべてのモノは、原子で形成されていますが、原子を構成したり、結合したりする超ミクロの粒子が素粒子です。この素粒子のふるまいを観察すると、いろいろ奇妙なことが見られます。たとえば、ある素粒子の量を測定すると、1、あるいは2、あるいは3、ときちんと整数倍でとらえられるのです。これは古典的物理学では考えられないことでした。空から降る雨の粒(つぶ)が、1グラム、2gか、あるいは3gだったということはありません。1.5gだったり、2.14gだったりするのがあたりまえです。かりに、この雨粒のような粒子を1/100億とか1/1000億にしたとき、その量が整数倍であったならば、そのなかでもっとも小さい値を「量子」と呼んでいます。

「不確定の領域」を確定するむずかしさ

また量子力学では、ある素粒子の量が1、あるいは2、あるいは3であるかは、確率的にしか決められないとします。さらにいえば、そこに存在するかどうかも観察するまではわからないのです。原子のまわりには電子が運動していますが、電子を観測した場合、その位置を見つけると、その運動量がわかりません。逆に運動量を測定すると、今度は位置がわからなくなります。電子は、位置と運動量をあわせて測定することができないのです。このような不確実な領域の測定が、ドイツのハイゼンベルクらの研究によって公式化され、量子力学は発展します。

ビッグバン理論の登場で、大きくクローズアップ

宇宙創成のビッグバン理論の登場が、量子力学が宇宙研究の重要な分野となるための大きなステップでした。宇宙の形成を過去へさかのぼると、最後には素粒子レベルの物質の形成やふるまいのナゾに行き当たります。電子や光子、クォークのエネルギーはどのように生まれたのか、無限大の温度、無限大の密度では何が起こるのか。量子力学を研究することは、宇宙の果てはどこかを観測することと同じように大切なのです。

ウィキペディア

量子力学

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2012/02/07 14:23 UTC 版)

銅表面に楕円状に配置されたコバルト原子（走査型トンネル顕微鏡により観察）

量子力学

不確定性原理

紹介 · 数学的基礎 背景 古典力学 前期量子論 基本概念 量子状態 · 波動関数 重ね合わせ · 可観測量 相補性 · 二重性 · 不確定性 トンネル効果 · 排他原理 エーレンフェストの定理 量子もつれ · デコヒーレンス 定式化 シュレーディンガー描像 ハイゼンベルク描像 相互作用描像 波動力学 行列力学 ファインマン経路積分 方程式 シュレーディンガー方程式 ハイゼンベルク方程式 パウリ方程式 クライン＝ゴルドン方程式 ディラック方程式 実験 二重スリット実験 シュテルン＝ゲルラッハの実験 デイヴィソン＝ガーマーの実験 ベル不等式のテスト ポッパーの実験 シュレーディンガーの猫 エリツァー＝ヴァイドマン爆弾テスト 量子消しゴム実験 解釈 観測問題 · ボーム · 意識原因収縮 · 無矛盾歴史 · コペンハーゲン · アンサンブル · 隠れた変数 · 多世界 · 客観的崩壊 · ポンディシェリー · 量子論理 · 関係 · 推計 · 交流 関連項目 散乱理論 相対論的量子力学 場の量子論 量子情報 量子カオス 科学者 ベル • ボーム • ボーア • ボルン • ボース • ド・ブロイ • ディラック • エーレンフェスト • エヴェレット • ファインマン • ハイゼンベルク • ヨルダン • クラマース • フォン・ノイマン • パウリ • プランク • シュレーディンガー • ゾンマーフェルト • ヴィーン • ウィグナー

量子力学（りょうしりきがく、英語：quantum mechanics）は古典力学で説明しきれない電子や原子核などの間の微視的現象を説明するために開発された物理学の理論である。

概要

もしも仮にニュートン力学が自然の記述として正しいと信じるならば、あらゆる物体の初期条件が測定できればその後の運動（位置と運動量）を完全に記述できる、と期待される。

しかし、実際には、原子や分子、電子、素粒子などの非常に小さなスケールの現象（微視的現象）を扱う場合、粒子の位置と運動量は同時に両方を正確に測定することができない（不確定性原理）。また、原子や電子が粒子としての特徴をもつと同時に波としての特徴をもつ（物質波の概念）ことが知られている。一方、光や電波のような電磁波もまた、波としての性質を持つと同時に粒子としての特徴をもつ（光量子仮説）ことが知られている。このような性質をもっている量子という概念を導入すると、量子の確率分布を数学的に記述することができ（確率解釈）、粒子や電磁波の振る舞いを理解することができる。これを量子力学と呼ぶ。

1925年のハイゼンベルクの行列力学と、1926年のシュレーディンガーによる波動力学とがそれぞれ異なる数学的手法によって量子力学の基礎を完成させた。

19世紀に信じられていた決定論的な物理学とは異質であるため、これらの理論が提案された20世紀初頭にはその解釈をめぐって大論争が展開された。現在では、巨視的な物理から（原子スケール程度に）微視的な物理までをほぼ完全に記述できると考えられ、量子力学に基づいて多くの工学的な応用もなされている。更に微視的（素粒子スケール程度に）な物理までを記述する理論の研究も行われている。

物理学における量子力学の位置付け

現代的な立場では、量子論の中でも、基本変数として「粒子や剛体の古典力学と同じもの（たとえば位置と運動量）」に選び、足りないもの（スピンなど）は適宜補った量子論を「量子力学」と呼び、基本変数として「場とその時間微分または共役運動量」に選んだ量子論を「場の量子論」と呼ぶ。

量子力学をもとにして、それを手段として用いる物理学分野全般のことを量子物理学ということがある。これには物性物理学のほとんどの領域、素粒子物理学、核物理学など広範な分野が属する。また、工学的な応用研究を指して、量子工学と呼ぶ場合がある。材料関連、ナノテクノロジー、電子デバイス、半導体、超伝導素材の応用研究など、広範な分野が属する。量子物理学や量子工学という言葉はいずれもかなり広範囲の領域を含むため、現在では大学の学科の名称などにしか用いられていない。

古典物理学の対義語として、現代物理学という言葉を使う場合は、量子力学と相対性理論の2つを指す。ニュートンの万有引力を古典力学における重力の記述とするならば、現代物理学的な重力の記述は一般相対性理論であるということができる。量子力学と相対性理論を合わせた理論（量子重力理論）の記述が望まれるが、いまだ完成されていない。