[A.5] 結論 : 電子の波動性とは? 電子の粒子性とは? | |
[A.2] のシミュレーションでは,両方のスリットを開き,電子がどちらのスリットを通ったかをチェック
しなかった.つまり,電子が電子源から発射され,蛍光面で観測されるまで何ら手を加えなかった.そうすると,
下の左画像に見るように,蛍光面での輝点の分布は,ヤングの実験での光の干渉じまと類似のしま模様が現れた. 一方,[A.4] のシミュレーションでは,2つのスリットのどちらを通過するかを確認した後, 電子の到達を蛍光面で観測した.下の右画像で見るように,蛍光面での輝点の分布は,片方のスリットを閉じた ときに得られる2つの分布の単純な重ね合わせになった. これらの事実から,電子が電子源から発射され,蛍光面で観測されるまで何ら手を加えな い場合には,1つの電子は同時に2つのスリットを通ったといわざるを得ない. 電子が粒子(不可分の1個体)だとするとこういうことはあり得ない. ♣ それぞれの画像上にマウスポインタを置くとアニメーションが始まる. はずして再び置くとアニメーションは再開する. |
干渉じまから判断すると,電子源から発射された後,蛍光面
でその位置が観測されるまで,電子は波として振舞ったことになる.2つのスリットを通過した2つの
電子波 Ψ1とΨ2 が重なり合って Ψ1+Ψ2 になり,
2つの波 Ψ1とΨ2 が同符号の場合は強め合い,異符号の場合は
弱め合って,蛍光面上での電子波の強度 |Ψ1+Ψ2|2 の
分布が明暗のしま模様を作っているのである. 一方,片方のスリットを閉じた ときに得られる2つの分布の単純な重ね合わせになる場合は, 蛍光面上の分布は |Ψ1|2+|Ψ2|2 で与えられる. 電子の個数が少ないときの蛍光面での輝点の分布から見て取れるように,電子が蛍光面上で見出される 位置は確率的である.2つの波が強め合って,電子波の 強度 |Ψ1+Ψ2|2 が大きいところでは たくさんの電子が見出され,2つの波が弱めあって電子波の強度が0になるところでは,電子は見出されない. したがって,|Ψ1+Ψ2|2 は電子を見出す確率密度に比例している と言うことができる. |
結論 :電子源を出て蛍光面に到達するまでの電子に対しては観測が行われておらず,その間,電子は
自然の法則に従って運動している.
このような電子は両方のスリットを同時に通る波動と考えなければならない.蛍光面で電子の居場所を観測すると,
場所によって違った確率で,電子が粒子として見出される.電子が見出される確率密度は
電子波の強度 |Ψ1+Ψ2|2 に比例している. |
電子に限らず,陽子や中性子等ミクロな対象の量子力学的な状態
は波動関数 Ψ (プサイ) で表される.Ψ は 位置 (x, y, z) と時間 t の関数であり,その時間的空間的な変化は,量子力学の基本法則で あるシュレーディンガー方程式に従う.しかも,ここでは述べなかったが,Ψは一般に複素数値 をとる.その絶対値の2乗 |Ψ(x, y, z, t)|2 は電子(陽子,中性子等) が時刻 t に位置 (x, y, z) に見出される確率密度に比例する. |