ノートパソコン量子力学がないと製造できなかった？

質問

相対性理論を破るとしたら量子力学しかない
とか言われますが

なんというか・・・机上の空論なんでしょうか？

電子機器、パソコンなどは量子力学的がなくては
誕生しなかった

という理由を簡単に教えてください
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電気製品を構成する電気回路をどんどん小さくしていくと、
電線でつながっていない所へ電気が通るようになります。

この仕組みは量子力学でなければ説明できません。
量子力学の用語である「不確定性原理」や「トンネル効果」
といった言葉が使われるようになります。

したがって、小さい小さい電気回路を作るには量子力学が必要なのです。

他にも、半導体レーザーやLEDが光を出す仕組みにも量子力学が必要です

量子力学がなくてもコンピュータ自体はあったでしょうが、スマートフォンやノートパソコンどころか家庭用パソコンも夢のまた夢だったと思います。

回答No.5

hue2011 · ベストアンサー

悪いけど、科学の時代になったから幽霊は消滅したというような話を回答者の皆さんおっしゃってるように見えます。
その見方は、思い込みです。

相対性理論も、量子力学も、科学です。

科学よりもなによりも、この世の中には「自然」が存在します。
その自然が不思議な感じがするので、どうやったら説明できるだろうか、ということを考えるのが科学です。

そうして、速度というものを考え付き、加速度を考え付き、計算してみると、ボールの運動を、ある方程式で記述すると予測できるような感じがした。
そこで運動方程式というものができたわけです。

ここで勘違いされるのは、ボールは、方程式に従って動いているのではないということです。
方程式は、ボールの運動を説明するのに説得力がある方法だ、というだけのことです。

だから方程式通りの計算をして観測すると、必ずしもその数字の通りにはならない。ずれる。
それが空気抵抗だとかいろいろな因子になります。
さっきの方程式は、空気抵抗他の力が働かないものとすれば、という但し書きがつくことになります。

何かを仮定して、式を書いてみると、いかにもその通りに動いているように見える。だからその式を信じよう。
これが科学というものです。

だけど、その仮定が破れたらどう動くなんてわからないのです。

30センチぐらいの、数百グラムのボールならともかく、どんどん小さい粒子もそうかというとそうではなくなっていく。

ちからも加えていないのにばらばらにあちこちに動き始める。
これがブラウン運動で、きっちり数式にして説明したのが若き日のアインシュタインです。

さらに小さくすると何が起きるか、その方向にあるのが量子力学です。

アインシュタインはそちらの方向ではなく、巨大なスケールの方向に目を向けた。そして、質量は何か、重力は何か、ということを考えて、一般相対論を発表したのです。
そちらの方向に目がいっているアインシュタインは、ものごとがはっきりしないなんていう量子力学の方向が生理的に我慢できなく、いやだった。
論理的ではなく生理的です。これが相対論と量子力学の反目、なんていう、もっともらしい解説がされることですけど、単にいやだっただけです。

すべて、何かを仮定し、その限りにおいては、という説明になる。
科学というのはそういうものです。

説明ができたら、科学が発展したという、これはいいでしょう。
だけど、その瞬間にすべてがわかった、というわけにいかないのは科学者自身が知っています。

半導体の行動、これは量子力学的説明をすると解説ができるのです。
半導体が量子力学に従っているわけではありません。量子力学が半導体の行動を説明できているだけです。

半導体をうまく組み合わせることでICができLSIができた。これは量子力学的発想ではなく、部品を組み立てて機能をつくるという道具屋の発想です。
だけど、ICの行動は量子力学的に説明はできます。
ソフトウェア発想を電気回路にしてしまい、ハードにしてしまおうという発想も、論理回路が組めると思うハードウェア屋の考え方です。
その結果、超LSIというものが実現し、FPGAという論理を論理回路にしてしまう開発方法ができ、ASICという、とんでもない部品ができてきました。
ASIC自体も量子力学で説明できるでしょうが、FPGAは量子力学でも相対性理論でもありません。

そうやってたまたまできあがってきたのがノートパソコンであり、スマホであるわけです。
これらは、結局は実際は何であるかわからない「自然」の性質を、うまく切り取って組み立ててきたものです。

日光東照宮でもなんでもいいですけど、昔の大工が、力学計算だとかたわみ軋みの複雑な微分積分をやったはずはありません。
しかし、出来上がったものはきっちり物理学がごたごたむつかしく説明できるのです。

そういう感覚をお持ちいただきたい。

量子力学がノートパソコンを生んだわけではありません。
生んだのは自然の摂理をうまく組み立てて実現するという発想と意志の力です。
物理学はそれをきっちり説明しようとあとから追いかけてきているだけのことです。

電気回路を知っている人なら、エサキダイオードがお小遣いで買えることを知っています。
だけど、それを使ってうまく自分の回路がしあげられないので、もっと安い部品を探し、オペアンプなんかを買って実現するのです。
こういう電気工作は小学生でもできますが、小学生はいちいち量子力学計算なんかしないはずです。

自然は、人間が勝手に考えた方程式に従わなければならないきまりなんてないんですよ。

あ、一応私は物理学の専門家ですので、素人が勝手なことをいっているわけでないことを申し上げておきます。

回答No.7

foomufoomu

ひとつ、明らかなことを書いておきましょう。
トランジスタ　　　発明：1948年　ノーベル賞：1956年
エサキダイオード　発明：1957年　ノーベル賞：1973年

エサキダイオードができたのは、トランジスタより、かなり後のことで、トランジスタにトンネル効果は使われていません。（もし使われていたら、トンネル効果の実証はショックレー博士の功績となって、江崎博士がノーベル賞を取ることはなかった）

これで、すくなくとも、トランジスタとトンネル効果は、無関係なことが分かりますね。

回答No.6

terminator_5

量子力学と言うよりも半導体製品の持つ、小さく作るほど製品コストが下がり、性能が向上する性質があったから実現できたと言えます。

例えば同じ規模の集積回路を1枚のシリコンウェハーからより多く切り出せるのみならず、ウェハー上の欠陥箇所が同数でも不良率が相対的に下がる効果があります。

配線長や寄生容量が下がればより高速な動作が可能になり、消費電力も少なくなります。

より規模の大きい回路も収められ、付加価値も高くなるなどの相乗効果もあって、ムーアの法則として知られる集積度と性能の向上があったからこそ、ノートパソコンやスマートフォンが普及するに至ったと言えます。

回答No.4

unos1201ok

＞という理由を簡単に教えてください
単純に、点接触型トランジスタの発明から5週間後の1948年1月にトランジスタをショックレーが発明したのは、量子力学の産物だからです。

ショックレーはMITスレータ教授の門下で　食塩結晶の電子構造に関連する量子力学的な研究によって博士号を取得、その後、固体物理学の素養、特に固体内のエネルギー帯構造に関連する量子力学的な計算がトランジスタの発明に結びついたと半導体の歴史に記載されています。

http://www.shmj.or.jp/dev_story/pdf/develop19.pdf
＞３．トランジスタの発明に至る人間ドラマ
＞1945年末にはベル研での固体真空管の研究活動

http://www.shmj.or.jp/museum2010/exhibi304.htm
＞1947年
＞点接触トランジスタ発明(BTL)～個別半導体・他～

トランジスタ技術が無ければ真空管しかない、トランジスタを集めた集積回路であるICやLSIの複合体が現在のCPUですし、集積回路が電子機器の小型化には必要、この点でもすでに量子力学的な知識が役に立って実用化されているのです。

更に小型化、ナノレベルになれば、CPUなどの製作にも小型のピンセットになるものが必要になる、それをレーザーなどの技術で実現した、レーザーも最近は固体からの誘導放出などが原理ですし、コンプトン効果などの量子力学的な原理の応用です。

ということで、簡単に書くと、トランジスタの発明には量子力学的な知識、発想が必要だったとなると思います。

回答No.3

SPROCKETER

Ｎｏ２さんの発言ですが、以下の部分は全くのデタラメです。

＞誰がそんなことを言ったのですか？
＞この後に生まれる新形式のコンピュータとして、量子コンピュータが有力視されていますが、
＞現在のコンピュータには量子力学は使われていません。
＞前の回答にあるエサキダイオードは、量子力学を初めて実験的に説明できたので、
＞ノーベル賞を取りましたが、実用的にはまったく使われていません。
＞量子力学で半導体を説明するという話がありますが、これは電子の状態を説明しているだけで、
＞半導体の動作を説明しているのではありません。

　おそらく、人の発言を捏造理論を作り出して否定する御病気（妄想性パーソナリティ障害か、統合失調症か？）だろうと思います。１９人の障害者を殺害した犯人と同じ病気でしょう。信じない方が良いと思います。

　量子力学や量子効果は半導体技術の基本であり、トンネル効果やホール効果無しには現在の半導体製品は動かないでしょうね。詳しくは以下のサイトを参照すればわかると思います。

　トンネル効果：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%B3%E3%83%8D%E3%83%AB%E5%8A%B9%E6%9E%9C

　この人の過去の発言は全て疑った方が良いと思いますし、病気が進行すれば事件を起こして警察に逮捕されるでしょうから、近づかない方が良いでしょうね。

回答No.2

foomufoomu

＞相対性理論を破るとしたら量子力学しかない
＞とか言われますが
かなり違う分野の話なので、破るという事ではありません。
相対性理論のあと、それに匹敵するかそれ以上の理論となると、量子力学です。

＞電子機器、パソコンなどは量子力学的がなくては
＞誕生しなかった
誰がそんなことを言ったのですか？
この後に生まれる新形式のコンピュータとして、量子コンピュータが有力視されていますが、現在のコンピュータには量子力学は使われていません。
前の回答にあるエサキダイオードは、量子力学を初めて実験的に説明できたので、ノーベル賞を取りましたが、実用的にはまったく使われていません。
量子力学で半導体を説明するという話がありますが、これは電子の状態を説明しているだけで、半導体の動作を説明しているのではありません。

現在のコンピュータの素子である半導体は、次の理論でできています。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%82%B9%E3%82%BF
最初にこれを思いついた、ウィリアム・ショックレー博士は天才だと思いますが、分かってしまうと、それほど難しい理論ではありません。

回答No.1

SPROCKETER

江崎玲於奈博士が発見したトンネル効果が無かったら、半導体技術開発も無かったでしょうし、トランジスターや集積回路の開発も出来なかったでしょう。集積回路の製造方法には和服の染め物技術と基本的には同じ方法が使われていると言われます。微細加工技術があって初めて実現出来る技術なのです。

　トンネル効果やホール効果などの量子効果が数多く発見されて、それを応用した半導体素子が開発されるようになってから、集積回路技術は飛躍的に進歩しました。

　光ディスクに使われている半導体レーザーも同じで、サブミクロン単位でピットと呼ばれる記憶単位で書き込みが出来る技術が成功してから実現したものです。

　ＵＳＢメモリーに使われている集積回路も同じく、電気的な信号を長期間保存出来るコンデンサ素子が実現した結果、書き込む速度は遅いが、読み込み速度は速い不揮発性メモリーが実現し、記憶保持出来るＳＳＤが実現しました。

　８ビットパソコンの頃は磁気記録技術だけだったので、磁気テープと磁気ディスクしかありませんでしたが、現在は光ディスクの比率が大きくなっています。

　量子力学の発見が無かったら、こんな便利な機械は作れなかったでしょうね。実はデジカメ撮影にも量子効果が影響していて、解像度を高くすると撮影画像が粗くなる問題がありますが、これも技術革新で克服されつつあります。