入門トマス・ヤングは、二重スリットを使った実験で光の干渉縞をつくりだすことに成功しました。干渉は波特有の性質ですので、この実験結果によって、科学者の間では[光=波]という見方が“常識”として定着していきます。光を波として考えれば、暗い光は振幅が小さく、明るい光は振幅が大きいはずです。このことから考えると、ある条件で光電効果がおきなくても、光を明るくすれば(振幅を大きくすれば)、電子がもらうエネルギーは大きくなり、光電効果がおきるはずです。以上の予測は実験結果と合いません。光を単純な波と考えていては、光電効果を説明できないのです。]この現象は、光がE=hνのエネルギーを持つ粒子であると考えるとよく説明できます。光の波長を短くするほどE=hνの関係によって光のエネルギーは大きくなるので、光子1個が電子1個に与えるエネルギーも大きくなっていきます。波長を固定して光の照射強度を強くした場合は、波長を変えたわけではないので、光子1個が電子1個に与えるエネルギーは変わらず、飛び出す電子のエネルギーも変わりません。光子の数が増えるので、エネルギーをもらう電子の数も増え、外に飛び出す電子の数は増えます。このように光電効果を説明できるのです。アインシュタインの業績としては、一般には、相対性理論の方が有名ですが、1921年に贈られたノーベル賞は、この「光が粒子であるという説=光量子仮説」に贈られたものです。[出典:高校数学でわかるシュレディンガー方程式/竹内淳]二元論では解明できない光の世界アインシュタインは、光の粒を「光量子」と呼びました。完全に証明されたはずの、光の波としての性質は、どこへ消えていったのでしょう。波説の決め手となったヤングの実験(波の干渉の実験)を光の粒一個ずつで行ったらどうなるのでしょうか。光の粒による干渉実験では、光の粒は、しばらくは、雑然とした模様を描いていましたが、時間が経つと干渉の縞模様を浮かび上がらせました。干渉し合うはずのない一つずつの粒が、多数集まると、波特有の現象を示したのです。⇒粒:一つが、ここにあれば、他にはないもの。⇒波:広がりを持ち、一つの場所には限定できないもの。光は、粒子と波動の両方の性質を持つとしか考えようがないのです。光の粒の動きは、量子力学が明らかにしたミクロの物質の基本的な性質をあらわしています。光の粒は、一見でたらめなようでも、ある一定の傾向を持って動いています。光の粒が、どのように動くかは、サイコロの目のように全く予測できません。サイコロの目は、何度もふれば、6分の1の確率で出ることが予測できます。この「確率」という考え方を、量子力学は、ミクロの世界をつかさどる法則としました。この理論は、ガリレイ・ニュートンから続いてきた物理学の世界像、すなわち、未来は確定的に予測できるという考え方を、くつがえそうとしていました。ニールス・ボーアは、未来を確率でしか予測できないとするこの理論を受け入れました。アインシュタインは、正確に未来を予測できる理論を求め続けました。ニュートン力学で記述できる物理学的法則と、原子核内部のような極微世界の物理学的法則が違うということを受け入れたボーアの原子モデルは、原子核のまわりを粒子としての電子が回っているというものです。ド・ブロイは、光が粒子と波の両方の性質を持つということから、電子も波の性質を持つ粒子だと考えました。コペンハーゲン解釈によれば、観測前、幅をもって空間に広がっていた電子の波は、[観測]することによって、幅のない針状の波に「収縮」します。量子力学の状態は、いくつかの異なる状態の重ね合わせで表現されます。このことを、どちらの状態であるとも言及できないと解釈し、観測すると観測値に対応する状態に変化する(波束の収縮が起こる)と解釈します。量子力学の観測問題における解釈のひとつとして、エヴェレットの多世界解釈というものもありますが、SFやラノベの世界によく登場するパラレルワールド的解釈です。一つの電子が二つのスリットを通過するでは、電子がどちらのスリットを通っているかを確認しながら同じ実験を行ったらどうなるでしょう?電子がどちらのスリットを通ったかを確かめると、その行為自体(観測)によって電子の波は収縮します。電子はスリットのどちらか一方しか通らないことになり、干渉縞はあらわれなくなります。]観測をすると、両方のスリットを同時に通らない粒子としてのふるまいをするということです。電子は原子核のまわりを雲のようにおおっています。雲は多数の電子でできているのではなく、ひとつの電子がさまざまな位置に共存していることを表現したのがこの雲です。観測していないときの状態を考えるとき、量子力学の最も奇妙な世界が広がります。量子力学によれば、観測者が見ていないとき、電子は、どこか一つの場所にあるのではなく、電子は、確率にしたがって雲のように薄く広がっているのです。人間が観測した一瞬に、雲のような波は、一点の粒として姿を現します。観測によるこの状態の急激な変化こそ、アインシュタインが、量子力学に反対した根本的な理由でした。量子力学は大変印象的です。私の内なる声は、それはまだ本物ではないと私に言っております。この理論は、かなり多くのものをもたらします。われわれを創造主の神秘にほとんど近づけてくれません。いずれにしても、私は『神はサイコロ振りをしない』と確信しております。アインシュタイン(1926年12月)観測という人間の行為が、重大な問題となったとき、アインシュタインとボーアは、決定的にたもとを分かつのです。観測されて、初めて現実は意味を持つ......それが、ボーアの結論でした。観測されていないときの現実を問うことは、もはや意味がないというのです。アインシュタインは、観測に関わりなく、現実を確定的に説明できなければ、完全な理論といえないと信じていました。同時に粒であり、波であることの仕組みを追究した謎物語は、ここで、現実とは何かという問いに発展していきます。量子力学によると、人間が見ること:観測は、とても奇妙な役割を演じます。人間が見ていないとき、電子は雲散霧消してしまうというのです。人間が観察しようがしまいが、電子はある一点に必ず存在しているはずです。私が見ているときにしか、月は存在しないのでしょうか?[出典:アインシュタイン~物理学はいかに創られたか]つまりアインシュタインは、人間の観測とは関係なく客観的な世界が存在しているのだ!と頑なに思い込んでいたからこそ、量子力学を受け入れることができなかったわけです。カントはこのように考えていました。⇒参考:【ざっくり哲学解説】イマヌエル・カント時間・空間、そして因果関係などは(通常は)、人間の存在に関わらず、世界そのものが成立するための条件だと考えられている。人間がいなくとも、時間・空間はあるし、因果関係も、世界そのものの側に属する法則である、と考えられている。