スリット実験において観察者はどういった効果をもたらすの?

スピナビ秘書 17年9月29日


二重スリット実験では板のスリットを電子が通過する


量子化学では電子銃を使った二重スリット実験が広く知られていますね。これは、粒子と波動が二重性である点を理想的に示す実験です。電子銃より電子を発射し、向こうにある写真乾板まで到達させる実験となっています。到達するまでの間は真空になっている点が特徴です。電子が通る道に、板を衝立として設置します。設置される板には2つのスリットが入っていて、電子はそこを通過する必要があるのですね。そうすることにより、写真乾板には電子による感光によって、濃い縞や薄い縞といった模様が描かれます。その縞模様は波の干渉縞と同様ですし、波の曲線を示します。この実験では、電子を1つずつ発射したとしても、同様の結果を得ることができるでしょう。要するに、繰り返して電子を1回で1つずつ発射していき、その合計を写真乾板で見ると同様の縞模様が見られるのですね。これが二重スリット実験なのです。また、1999年には、オーストリアの量子物理学者であるアントン・ツァイリンガーが、電子や光子などといった極小の粒子の替わりとして、大きな分子であるフラーレンを使い同様に実験した場合であっても、同様の干渉縞が生じたことが確認されています。

観察者がいるから干渉縞がなくなるわけではない?


実験というのは、誰かが観察を行うことがあるものではないでしょうか。また、誰かが観察をしている実験も、その時により結果が変わってくることもあります。それは二重スリット実験においても同じなのですね。二重スリット実験の場合は、観察者がいると結果が変わるというわけではありませんが、観察をすることにより結果が変わる可能性があるのです。粒子は、どちらか1つのスリットしか通れないはずですが、干渉縞を示します。この途中で波が伝わり、この波は実数の振動というわけではなく『複素数の振動』であるとされます。二重スリットを通過する際であっても、波動関数で示されるために、存在確率がどんどんと拡散し通り抜けられるということですね。さらに、二つの振動または波動の位相の差によって干渉して、確率的に感光板に現れます。もしどちらを通過したのかを観察すると、干渉縞がなくなります。複素数の波などは計測できません。それに、観測器は粒子の状態しか検出ができないでしょう。他には、観測という名目で粒子の道を妨害しているのであり、観測をしたことで干渉縞がなくなったのではなく、妨害があるのなら観察者がいても干渉縞が消えるという説もあります。二重スリット実験の際には、観察の有無での結果の変化にも注目することがおすすめです。

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