量子力学を学ぶと・・・

質問

大学に入ってこれから量子力学を学ぶのですが
量子力学を用いるとどのようなことが証明できるように
なるのでしょうか？

回答No.6

subarubosi

身近な例ではＧＰＳなどいかがでしょうか。

ニュートン力学によって飛ぶ人工衛星、それから発射した電波を受信演算解析し地図を表示する、カーナビですがこの機械は量子力学で動いています。と言うよりも半導体機器、ＰＣなど典型的ですが、これらの電子、電荷の振る舞いは量子力学でなければ解明できません。

そもそも原子が何故あのような状態で存在できるかと言う問題も古典力学では説明できません。『量子力学の世界』が存在しなければ貴方も私もこのような形の宇宙も決して存在し得ないのです。原子と言うものが存在しませんから。

回答No.5

658489

質問の意図とはちょっと違いますが、量子力学ではこんな話があるそうです。。
「なんの変哲もない机に手を置いたとする。普通に考えて、あるときその机に置いた手が、
スルッと机をすり抜ける事があるだろうか。いや、ない。だが量子力学では、確率が極端に小さいだけであって、ないとは言い切れない。」
・・・量子力学って面白そうですね。。

回答No.4

sanori

せこい話じゃないですよ。
一部の物理現象の説明だけにしか使われない、おたっきーな話だと思ったら大間違い。

なんと！
この世の中の真理が分かります。

この世には（宇宙には）４つの力があります。

１．重力
２．電磁気力
３．核力その１
４．核力その２

そして、それぞれの力（場）というのは、粒子そのものです。

重力は、グラビトン（重力子）という粒子が、物体間でキャッチボールされていることによって起こっています。

電磁気力は、別々の電子同士でフォトン（光子）をキャッチボールしていることによって起こっています。

（ただし、ニュートン力学のように、粒子を受け取ったら、運動量保存の法則により、粒子が来たのと同じ方向に飛ばされる話とは、全然違いますので、誤解のないように要注意です。）

２つの核力については、私は全然詳しくないので、説明しません。

ちなみに、

驚かれるかもしれませんが、
あなたが日常目にしている現象の８割方は、電磁気力で説明されます。
つまり、電子とフォトンだけです。

残りが重力。

さらに、僅かな残りが、２つの核力です。（放射線、原発、太陽のエネルギーなど。）

そしてまた、
粒子とは、波でもあります。

信じられないかもしれませんが、
例えば、
原子の中では、電子は、雲のように、ぼやけています。（電子雲と言います。）
これは、複数の電子があるからぼやけているのではありません。
１個の電子がぼやけているのです。

そして、
何らかの手段で、電子の場所を観測しようと思えば、理論的には可能です。粒子なので、ちゃんと１個に見えます。
ところが、
観測者が電子から目をそむけると、再び雲に戻ります。
そして、目をまた向けると、１個の電子に見えます。
（不確定性原理による現象の１つです。）

同様に、
放射性物質から出てくる、単位時間当りの放射能は測定できます。
そして、半減期というものがあり、放射性物質は、指数関数的に減少していきます。
このような特性の数値は、物理定数表とか元素の周期表の類に書かれています。
ところが、
１個１個の放射粒子が、いつ出てくるかを正確に予言することができません。
↓これも、その件に関する話です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%B3%E3%82%AC%E3%83%BC%E3%81%AE%E7%8C%AB
http://hp.vector.co.jp/authors/VA011700/physics/catwjs.htm

そして、
光とは、２点間を結ぶ最短距離を進みますよね？
一般相対性理論によれば、重力で曲がりますが。
しかし、
実は、光が光源から観測者に向かって、まっすく進んでくること自体、量子力学は前提としません。
無重力の真空中に１つの光源と１つの観測者（検出器）を配置したときでも、実は、観測者に届く光というのは、まっすぐに進んできたものばかりではありません。
あたかも凸レンズをど真ん中に置いたかのごとく、多少曲がった経路の光も、観測者の目に届きます。
ちょっと信じられない話なのでしょうが、
さらに話を続けさせていただきますと、
干渉縞ってみたことありますか？
よくやる実験ですとレーザー光からの光をスリットを通すと、スリットの向こうのスクリーンにスリットと平行な横線が何本か現れます。
これは、複数の光が干渉しあってできるものだと考えられていました。
ところが、
１個のフォトンでも干渉するらしいのです。
つまり、
１個１個のフォトンが、間歇で、ぽつぽつと発射される状況になっても、スクリーンに届いた多数個のフォトンの累計を統計すると、なぜか干渉縞と同じ模様になるんだそうです。

以上のような、
従来では非常識だったことを真理・前提として計算を進めると、（途中をかなり はしょりますが）例えば、世の中の全ての元素の化学的性質まで説明できます。

さらには、物体の色、硬さ、透明か否か、なぜ物と物とは素通りできないか、なぜ同じ極性同士であるはずの電子同士が手を結んで化合物ができるか・・・
・・・・・きりが無いほど例があります。

・・・というわけで
４つのちからのうち、たった１つ、すなわち、電磁気力（量子電磁力学）だけで、あなたの目に映る現象の８割方を説明できる、ということなのです。

それだけではありません。

宇宙を理解することになります。

宇宙の物理法則は、ビッグバンの直後に「真空の相転移」によって、上述した４つの力（物理法則）に枝分かれしました。
さらにさかのぼると、
ビッグバン以前の宇宙は、非常に凝縮された、ミクロの姿でした。
これは、まさしく、量子力学の出番です。

そして、ビッグバン後の宇宙が膨張した姿、すなわち、銀河の配置は、ビッグバン前後のことを理論的に考えなければ説明できません。

（ちなみに、宇宙物理の最重要課題の一つが、ダークマターであり、それは、宇宙の中での銀河の配置が、あたかも、シャボン玉や石鹸の泡のように、空洞のある「泡構造」の説明に不可欠だそうです。しかし、まだ観測・証明は出来ていませんが・・・）

さらには、
そもそも、ビッグバン以前の宇宙の種が「神の手」を借りずに発生したということも、量子力学による「真空のゆらぎ」の考え方で説明できるのではないかというのが、１０年以上前からの最有力説です。

というわけで
徒然なるままに長文乱筆で失礼しましたが、
量子力学というのは、単なる一分野なのではなく、この世の真理から、応用技術まで幅広くカバーする、壮大な、根源的な、そして、シンプルでもある学問です。
（シンプルとは言っても、気味の悪い演算記号が沢山出てきますが・・・。）

下記リンクは、最近私が回答した過去質問の中から、ピックアップしたものです。

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2105364
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2121743
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2097358
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2096774
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2105565
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2046046

回答No.3

noname#21220

一般に原子のスケールと同程度以下を扱う場合に
必要となる学問だと思います。原子スケールでも、
高温なら古典力学が成り立つから、高密度（相互作用大）で低温（運動エネルギーが小さい)の系に効いてきます

回答No.2

moby_dick

いろいろあると思いますが、
一つ画期的なことは、原子の出す光の線スペクトルが説明できます。

古典力学では連続スペクトルです。

回答No.1

lightgrid

例えば、江崎玲於奈氏のトンネリング効果です。（この現象を利用したトンネルダイオード即ちエサキダイオードがあります）
電子のエネルギーレベルでは超えられない高さの薄い障壁があっ場合に、量子力学的な電子の確率論的に分布によって、その障壁をくぐりぬけて電流が流れるのです。
　量子力学の本で勉強してください。