ドキュメント鑑賞☆自然信仰を取り戻せ!ドキュメント鑑賞☆自然信仰を取り戻せ!テレビでドキュメントを見るのが好き!1回見ただけでは忘れてしまいそうなので、ここにメモします。地球環境を改善し、自然に感謝する心を皆で共有してゆきたいです。人類は長年にわたり宇宙の仕組みの謎を解明し続けてきた。宇宙に存在するものは、一定の法則に基づいて運動することが明らかになった。銀河や恒星、惑星などがその例。その後自然界の現象は根本的に曖昧であるという認識が広まる。それまでの宇宙観を覆す新たな法則が発見された。科学者たちは遠く離れた宇宙空間からミクロの世界へと視点を移し、それまでの考え方を粉々に打ち砕くほどの斬新な法則に辿りついた。これが量子力学の法則、量子力学が取り扱うのは物質を構成する電子などの領域。恒星や惑星、そして私達も原子でできている。日ごろ量子力学の不思議な世界を意識することはない。それはあなたのすぐそばに存在している。目線を変えて、原子やその中に含まれる素粒子で構成されるミクロの世界を覗いてみよう。量子レベルの世界を支配する法則は、身の回りにある物質を支配する法則とは全く異なる。ここに足を踏み入れたら、物の見方がガラリと変わるはず。人類はこれまで数々の法則を見出してきた。惑星が太陽の周りを周回する法則から、打たれた球が弧を描いて飛ぶ法則、そして水面の波の動きの法則に至るまで、こうした古典力学の法則は、方程式を用いて様々な事柄を確実に予想することができる。100年前、科学者達が光の不思議な性質に気付いた時、既存の古典力学の法則では、これを説明することができなかった。ガラス管に気体を閉じ込めて熱し、光を生じさせる実験を行った時のこと、プリズムを通してこの光を見た科学者達は、予期せぬ結果に驚いた。University)「熱せられた気体が放つ光は、線上のスペクトルだった。カットグラスに光を当てた時に生じるような、帯状の光ではなく、とびとびのスペクトルなのだ。Kaiser(MIT)「虹のように隣の色とくっついているわけではなく、独立した淡色の線だ。した光の線が生まれるのか謎だった。」この謎を解明したのは20世紀初頭に活躍した科学者のグループ、彼らは物質の本質を探るべく研究を重ねた。中でも代表的な存在がニールス・ボーア、彼は仲間と卓球をしながら議論するのを好んだ。謎を解くカギを握っているのは原子の構造だと確信していたボーア、原子の仕組みは太陽系に似ていて、電子が原子核の周りを回っているのだと彼は考えた。惑星が太陽の周りを回っているように・・・さらにボーアは電子が原子核の周りを周回する時は、特定の軌道しかとらないと主張した。原子に熱が加えられると、電子はそれまで回っていた軌道から別の軌道へ飛び移るといった。電子はそのたびにエネルギーを放出する、それが特定の波長の光として現れるのだ。これを量子飛躍と呼ぶ。Maryland)「この現象が起きなければ、エネルギー状態の変化によって生まれる光は帯状になる。鮮やかな特定の波長の光を作りだしているのは量子飛躍という現象そのものなのだ。」この現象の注目すべき点は、電子がある軌道から別の軌道へと飛び移ること。その間の空間を横断しているわけではない。火星が木星の軌道にジャンプしているかのようだ。量子飛躍が起きるのは、原子を構成する電子の得意な性質によるものだとボーアは結論付けた。量子と呼ばれる最小単位を持つ電子の運動エネルギーは、段階的にではなく、とびとびに変化する。そのため電子は軌道から軌道へと飛び移るのだ。実験により、ボーアの考えは正しいと証明された。電子は惑星や卓球の球とは異なる法則に従っていたのだ。彼の発見は波紋を呼んだ。ボーアと仲間の研究者たちは、これ以降既存の物理学と対峙する道を歩み始める。それだけではない、革新的なアイディアを提唱する。ボーアは偉大なる物理学者と対決することになる。アルベルト・アインシュタインだ。彼の意に反し、1920年代量子力学は独自の発展を遂げる。確実に何が起きるかを予測する古典力学と決別し、新たなる道を模索し始めたのだ。量子の本質を明らかにしたのは、後に広く知られるようになった二重スリット実験、今まで知らなかった驚きの世界を見せてくれる。これに似た実験を行おう。使うものはボーリングの球、ボールを投げると障壁にぶつかるか、スリットを通ってスクリーンに当るかのどちらか。結果は予測した通り、球は通り抜けたスリットの真後ろの部分のスクリーンを突き抜けた。二重スリット実験とはこんな感じ、ただし実際に使うのは数10億分の1のサイズの電子。この↓球を電子と仮定する。2つのスリットを通りぬけた電子はスリットの真後ろの2ヶ所だけではなく、電子はスクリーン全体に縞模様を描くように進んだ。普通は障壁の後ろには当らないと思うだろう。当時の科学者たちはこの縞模様を見てあるものを思い浮かべた。波はボーリングの球には決してできないような動きをする。分裂したり、また1つになったり。二重スリットに向かって波を起こすと、水の流れは2つに分れ、スリットの向こうで交差する。すると波の山や谷が重なり合い、大きな波や小さな波が生まれる。時には互いに打ち消しあう。スクリーンに当る波の山と谷の部分を明るく表示すると、縞模様が現れる。これを干渉パターンと呼ぶ。University)「粒子と波は別物。海は粒子でできていても、波自体は違う。石は波ではなく石、石は粒子でできているが、海の波はやはり波。」この実験が行われた1920年代、科学者達は謎の解明に苦心した。物理学者のマックス・ボルンがシュレーディンガーの波動方程式に全く新しい解釈を与える。彼は波うっているのは電子ではないばかりか、科学が出会ったことのないものだと言った。スクリーンで波うっているものは確立波であると主張した。これは電子の存在する確率が高い場所ほど、波も高くなるという意味。Fisher(MIT)「電子は今どこにあるかなんて聞いてはいけない。正しい聞きかたは特定の空間で電子を見つけたいと思うが、どこにある確率が高いか。」ホルンの理論は電子の動きを正確に表している。私が投げた電子がどこに辿りつくか、言い当てることはできない。シュレーディンガーの方程式を用いれば、どこに辿りつきそうか確立を示すことができる。33.1%の確率でこのへんに、9.9%の確率でこのへんに、という風に。これらの数値は実験で何度も検証された。量子力学の方程式は正確だと証明された。あとはこの概念を受け入れればよいだけ。確率がなんであるかを理解するために、ラスベガスのカジノへ行ってみよう。20ドルをルーレットの29に懸けてみる。私がいつ勝つかなどハウス側は当然知らない。38分の1の確率で私が勝つのは分っている。今回は私の勝ちだが、何度かやると必ずハウス側が勝つ。ハウス側は懸けの種類が何であろうが勝負の結果を知る必要なはい。そんなことをしなくても、何千回も客が懸けさえすれば、必ずハウス側が勝つ。どれくらいの確率でハウス側が勝つのか、確実に予測することもできる。量子力学はこれと同じように世界を支配するのは偶然だといっている。宇宙の全ての物質は、確実性ではなく、確立によって支配されているのだ。Farhi(MIT)「確率なくして自然界を語れない。この理論をすんなり受け入れられる人は少ないといってよいだろう。」アインシュタインもその1人だった。偶然があらゆるものの本質を決めてしまうなど、彼には到底信じられなかった。Lewin(MIT)「アインシュタインはこう言った。神はサイコロを振ったりしないと。ものごとを明確に説明できない。曖昧さを彼は嫌っていたのだ。」しかし多くの物理学者はこの理論を支持した。量子力学の方程式を用いれば、原子や素粒子がどう作用するかという確立をはじき出すことができるから。後にこの理論を活用した数々の発明品が誕生する。レーザー、トランジスター、そして集積回路など、電子工学の幅広い分野の品々だ。今なお量子力学には謎が残っている。1920〜1930年代にかけてアインシュタインが提起した問いの答えはまだ見つかっていない。カギを握るのは確立と測定、そして観測。ニールス・ボーアは観測が全てを変えると言った。彼は観測するまでその粒子の性質は分からないと信じていた。二重スリット実験の電子は後ろのスクリーンに到達するまでは空間のどの地点に存在するか、確定することができない。観測された瞬間に初めて電子の位置が明らかになるのだ。University)「量子力学に対するボーアの解釈は粒子を観測し、その位置を確定することで、それ以外の場所に存在する可能性はなくなり、測定された位置に確定されるというもの。測定するという行為が位置を決めるのだ。ボーアは曖昧さという自然の本質を受け入れた。それに対してアインシュタインが好んだのは確実性、観測で物事が決まるなど、彼には許せなかった。アインシュタインは言う、私が見ていなくても月はそこにあると。量子力学には何かが足りないとアインシュタインは確信する。観測以外に粒子の性質を決定する要因があるはずだと考えた。これに賛同する物理学者の数は多くなかった。ボーアは動じることはなく、アインシュタインが神はサイコロを振らないと行った時も、神がすることに注文をつけるべきではないと切り返した。1935年アインシュタインはついに量子力学の弱点を発見したと意気込む。論理性を欠く不可解な仮説に目をつけたアインシュタインは、これで量子力学が不完全だと立証できると考えた。この説をエンタングルメントと呼ぶ。エンタングルメント、すなわち粒子の絡み合いは、理論に基づく予測。絡み合った2つの粒子は密接な関係を持っている。驚くべきことに、この2つの粒子を遠くに引き離しても、一度できたつながりは消えることなく関係は維持されるという。これを理解するために、電子の回転する性質に注目してみよう。おもちゃのコマとは違い、電子はどの方向に回転しているか、不可解なままその向きが最終的に定まるのは観測された瞬間。回転盤でこのことを説明する。