●「粒子性」の検証 --- 不可分性いま、干渉現象を観測して、電子や光子などの”量子力学的粒子”が「波動性」をもつことの実証的証拠を得た。しかし、その限りでは古典的波動の場合とまったく同じである。古典的波動とどこが違うのだろうか? 本質的相違は、入射粒子ビームの強度を極端に弱くしていったときに現れる。「粒子性」が発現するからだ。そこの事情をここで観察しよう。
通常、干渉実験は粒子ビームが、ある程度強い場合に行われる。したがって、スクリーン上で実測される干渉縞(ヤング型干渉実験の概念図の分布P)はかなり多数の粒子に対する分布関数だ。ここで、スクリーンとは何かについて、ひとこと説明しておく必要がある。光の場合、スクリーンには感光剤が塗ってあって、光の到着を”感光”し、後で現像処理して画面をつくるのである。電子の場合、スクリーンとしては例えば蛍光板を使うことができる。電子が当たると輝点を生じるという装置だ。その輝点を撮影して画面をつくればよい。後で実例をお目にかけるが、現在は優秀な粒子検出器がある。要するに、スクリーンとは、その上に小さな粒子検出器がびっしりと植え込まれているものなのである。さて、古典的波動の場合、入射波ビームの強度を弱くしていっても、干渉模様の形は崩れず、一様に高さを減少させてゆくだけだろう。量子力学粒子の場合はどうか? 入射ビームの強度を漸次弱めてゆくときのスクリーン上の粒子分布の変化を観察しよう。はじめは、古典的波動の場合に似て一様に高さを減らしてゆくが、干渉縞はあるところから崩れだし、ついには粒子一個の到着を示す一個の輝点だけになる。この様子を描いたのが上の図である。下から上へ変化がビーム強度の減少に対応している。これは単なる想像ではなく、あとの写真で見るように現実の実験によって実現可能な状況なのである。
上の図の上部にある粒子一個の到着を示す画面は、毎秒平均一個ずつ(またはそれ以下)の粒子を送り込む弱いビームの場合に、毎秒一枚ずつスクリーン上の画面を撮影して得られたものと考えてよい。この実験結果が不可分性という意味での「粒子性」を示すものだ。この場合、光子や電子などの量子力学的粒子は、二個または、それ以上の粒子検出器に分割されて捕まっていないからである。これが量子力学的粒子の「粒子性」というものだ。まずは、それ以上の何物でもない。
仮に、量子力学的粒子の干渉現象が、粒子ビームの強度を弱くしていったときでも、古典的波動のように干渉縞の形を崩さず一様に高さを減らし続けるだけのものだとしよう。とすれば、極めて弱いビーム強度による実験の場合、粒子一個がスクリーン全体に広がって分布している多数の粒子検出器に細かく分割されて吸収されたことになる。これでは「粒子」とはいいがたい。現実の実験結果は、そのような事態は起こらないということを示したのである。(量子力学入門 並木美喜雄 岩波新書より)[前ページへ][ホームへ][目次へ][次ページへ]