ハイゼンベルク、確率の宇宙を打ち立てる（1927年）「不確定性原理」

ハイゼンベルクの「不確定性原理」は、量子力学の世界観を根本から変えた「決定的な一撃」です。

ここでは

なぜそんなことが起こるのか？

何を意味するのか？

古典物理学の何が壊れたのか？ を解説します。

量子の世界は「波」として存在している（シュレーディンガー）

前野コラムでは、電子は

✔︎ 点ではない

✔︎ 位置がボヤッと広がった雲のような「波」

✔︎ 存在確率で決まる存在

として理解されるようになりました。

この「電子は波」という事実が、

実は「測定すること」に関してとんでもない問題を引き起こします。

古典物理学の常識：位置と運動量は同時に測れるはず（ラプラスの悪魔）

古典物理学では、物体はハッキリした点として存在し、

✔︎ どこにあるか（位置 x）

✔︎ どんな速さで動いているか（運動量 p = 質量×速度）

は、原理的にどちらも精密に測れると考えられていました。

つまり、

「世界は完全に決定論的」

（もし初期状態を知れば、未来も全部予測できる）

という世界観（ラプラスの悪魔）

ハイゼンベルクが壊したものー完全な決定論の崩壊

ハイゼンベルクは量子の計算を続けるうちに、

決定的な結論にたどり着きます。

▶ 位置 x と運動量 p は、同時に正確には測れない

これは技術の限界ではなく、

宇宙の本質的な性質です。

■ なぜ同時に測れないのか？

電子は「波」として存在しているので、

電子の状態には「波の形」があります。

● 位置を正確に知ろうとすると・・・

例えば、波をギュッと絞って、

場所を一点に集める必要があります。

→ すると、波は「バタバタ」と大きく振動し、

「運動量」がハッキリしなくなる

（波としての広い範囲の運動量の可能性が混ざる）

● 運動量を正確に知ろうとすると・・・

波をゆっくり滑らかに伸ばす必要があります。

→ すると、波は広がり、

「位置」がハッキリしなくなる

（分布が広がり、場所が特定できなくなる）

■ つまり・・・

位置を正確に測ろうとするほど、運動量は不確かになる。

運動量を正確に測ろうとするほど、位置は不確かになる。

これが

不確定性原理（不確定性関係）

です。

数学的には、

Δx × Δp ≥ ħ/2

と表されます。

（Δ：デルタは「誤差の幅」「不確かさ」）

・Δx＝位置の不確かさ

・Δp＝運動量の不確かさ

・ ħ（エイチバー）＝ディラック定数（プランク定数hを2πで割ったもの）

「世界は確率でできている」という結論

この原理が意味するものは、想像以上に深いです。

✖ 技術の問題ではない

（顕微鏡を良くすれば測れる、という話ではない）

✖ 人間の能力の限界でもない

（神様でも測れない）

✔ 宇宙の本質的な構造である

（量子の世界では性質そのものが確率で決まる）

つまり、

自然界は、根本的に確率的であり、

完全に決定論的な未来など存在しない。

ハイゼンベルクはこれを数学的に示しました。

古典物理学の崩壊：なにが衝撃だったのか？

古典の世界観はこうでした。

✔︎ 世界は因果律で動く

✔︎ 初期条件が精密で正確なら、未来も完全に予測できる

✔︎ 神がすべての粒子の位置と速度を知れば、宇宙は決定される

これを信じていた人たちに対し・・・

ハイゼンベルクはこう言った。

▶ 宇宙はそもそも「あいまい」にできている。

未来は確率でしか表せない。

これは科学だけでなく哲学も揺るがす革命でした。

量子力学は「確率の宇宙」という新時代に突入する

ハイゼンベルクの不確定性原理によって、

• 原子の構造

• 分子の安定性

• 電子軌道の形

• 量子トンネル効果

• 量子コンピュータの原理

など、

現代の量子現象が全て説明できるようになります。

そしてシュレーディンガー方程式も、

この原理を内包した「確率の波」を扱うものとして位置づけられました。

ハイゼンベルクの不確定性原理は、

「位置」と「運動量」は同時に決まらないという

宇宙の根本法則であり、

世界が確率でできていることを示したのです。

これが量子力学を「確率の物理学」へ導いた決定的な瞬間でした。