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クオンタムユニバース 量子 すべては近似にすぎないのか?

発売日: 2016/6/16 想定ページ数: 360ページ ISBN: 9784799319147 全文検索: 非対応
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「量子力学」は、万物のふるまいを説明する三つの大理論の一つだ。残りの二つは、アルベルト・アインシュタインが提唱した「特殊相対性理論」と「一般相対性理論」で、時間と空間と「万有引力」を対象にしている。ほかのすべてを対象にするのが量子力学で、満足しようが途方に暮れようが、自然のふるまいを予測するという実用的な価値において、正確さと適用範囲の広さを誇っている。
 何かの役に立つことはかならずしも科学の目的ではないが、純粋な興味からはじまった基礎研究によって、しばしば技術や社会に大変革がもたらされてきた。あらゆる分野での発見のおかげで寿命が延び、飛行機や電子メールが大陸のあいだを行き交う。人々は単調な肉体労働から解放され、無限の宇宙へと思いをはせる。だが、そのような成果は、ある意味すべて副産物だ。科学者の動機は好奇心にあり、理論の拡張や製品の改良にあるのではない。
 深遠な理論が広範に適用できる好例として、おそらく量子力学は真っ先にあげられる。粒子が複数の場所に同時に存在し、瞬時に宇宙のかなたまで飛んでいくと主張するのだから、これほど深遠な理論もない。宇宙を構成する基本要素のふるまいを理解すれば、森羅万象が説明できるのだから、これほど適用範囲が広い理論もない。
 この本の目的の一つは、量子力学から神秘性を取り除くことにある。その理論が誕生したときから、研究者の困惑がはじまった。一〇〇年にわたる努力のおかげで、現在では全貌の理解も進んでいる。だが、歴史的な背景を知るためにも、一九世紀が終わろうとする時代から説明をはじめたい。当時の物理学者は、なぜ、それまでにない革新的な理論にたどり着いたのか?
(第一章より)
目次プレビュー
  • 1 何か奇妙なことが起こっている
  • 2 二つの場所に同時に存在する
  • 3 粒子とは何か?
  • 驚くべき一致
  • 単純な法則、複雑な現象
  • 奇妙だが、神秘ではない
  • 跳ね返る砲弾
  • 分光学の理論と原子の構造
  • 非常識で納得いかない理論の誕生
  • ニュートンの理論
  • 古典的世界像の限界
  • 複数の場所に同時に存在する
  • 時計の針と位相
  • 時計の正体
  • 波動関数の大胆な解釈
  • 一瞬であらゆる場所に
  • ただ規則にしたがう
  • ハイゼンベルクの不確定性原理
  • 時計から不確定性原理を導く
  • プランク定数の手短な歴史
  • ふたたび不確定性原理へ
  • 粒子の動き
  • ド・ブロイの方程式
  • 波束
  • フーリエ級数への分解
  • 運動量表示の波動関数
  • 定常波
  • 閉じ込められた電子
  • 電子の運動エネルギー
  • 原子スペクトルの正体
  • 原子のポテンシャル
  • 量子数
  • 量子数と周期表
  • パウリの排他律
  • 排他律を時計であらわす
  • 時計の一体化
  • フェルミ粒子とボース粒子
  • 粒子が二個だけの世界
  • 二重井戸型ポテンシャル
  • 二つの井戸に二つの粒子
  • 原子がN個の世界
  • 電子の流れ
  • 電子と正孔
  • 偉大な不純物
  • 半導体を接合する
  • トランジスターの原理
  • 量子電磁力学
  • ファインマン・ダイアグラム
  • 観測との相互作用
  • 歴史の干渉
  • 反粒子のタイムトラベル
  • 素粒子物理学の標準モデル
  • 質量の正体
  • ヒッグス機構
  • 白色矮星とチャンドラセカール限界
  • 恒星の命運と質量
  • 電子の圧力
  • 電子の圧力と万有引力をバランスさせる
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