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  • The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

    ハイゼンベルクの不確定性原理とは 量子力学に端を発し

  • from quantum physics to expand into general pop culture.

    ポップカルチャーにまで浸透した 思想の一つです

  • It says that you can never simultaneously know the exact position

    それによると物質の 正確な位置と正確な速度を

  • and the exact speed of an object and shows up as a metaphor in everything

    同時に知ることは不可能であり また あらゆることの比喩として

  • from literary criticism to sports commentary.

    文芸評論やスポーツのコメントにも 使われています

  • Uncertainty is often explained as a result of measurement,

    この不確定性は通常 測定によってもたらされたとされ

  • that the act of measuring an object's position changes its speed, or vice versa.

    物質の位置を測定すると 速度を変えてしまう その逆も然りです

  • The real origin is much deeper and more amazing.

    本当の起源はもっと深遠であり 驚くべきものです

  • The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

    不確定性原理は この世のあらゆるものが

  • behaves like both a particle and a wave at the same time.

    同時に粒子としても波としても 振る舞うがゆえに存在します

  • In quantum mechanics, the exact position and exact speed of an object

    量子力学においては正確な位置と 物質の正確な速度というものには

  • have no meaning.


  • To understand this,


  • we need to think about what it means to behave like a particle or a wave.

    粒子や波のように振る舞うという意味を 考えてみる必要があります

  • Particles, by definition, exist in a single place at any instant in time.

    粒子はある瞬間に 一か所に存在するものだと定義されます

  • We can represent this by a graph showing the probability of finding

    これは特定の場所で 物質が見つかる確率を表す

  • the object at a particular place, which looks like a spike,


  • 100% at one specific position, and zero everywhere else.

    ある位置で見つかる確率は100% 残りの場所では0となります

  • Waves, on the other hand, are disturbances spread out in space,

    一方 波は湖面の波紋のように

  • like ripples covering the surface of a pond.


  • We can clearly identify features of the wave pattern as a whole,

    人は波のパターンをはっきりと とらえることはできますが

  • most importantly, its wavelength,

    最も大切なのは その波長であり

  • which is the distance between two neighboring peaks,

    これは波が持つ並んだ 2つの山の間の距離 または

  • or two neighboring valleys.


  • But we can't assign it a single position.

    しかし 一つの場所に 特定する事はできません

  • It has a good probability of being in lots of different places.

    様々な別の場所にも 確率的に存在します

  • Wavelength is essential for quantum physics

    波長は量子力学には 欠かすことができないものです

  • because an object's wavelength is related to its momentum,

    実は 物質の波長は その運動量に関係があり

  • mass times velocity.


  • A fast-moving object has lots of momentum,

    ですから 速く動く物質は 運動量が大きく

  • which corresponds to a very short wavelength.


  • A heavy object has lots of momentum even if it's not moving very fast,

    また重い物は動きは遅くとも 運動量が大きいのです

  • which again means a very short wavelength.


  • This is why we don't notice the wave nature of everyday objects.

    そのため身の回りの物質が持つ 波の特性には気づくことがないのです

  • If you toss a baseball up in the air,

    例えば ボールを 空中に放り投げると

  • its wavelength is a billionth of a trillionth of a trillionth of a meter,

    その波長は一兆分の一兆分の そのまた十億分の一メートルとなり

  • far too tiny to ever detect.


  • Small things, like atoms or electrons though,

    しかし 原子や電子といった小さな物質は

  • can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

    物理実験で観測できる波長を 持っています

  • So, if we have a pure wave, we can measure its wavelength,

    つまり 純粋な波があれば その波長を測定することができます

  • and thus its momentum, but it has no position.

    すなわち 運動量はわかるものの 位置は確定しません

  • We can know a particles position very well,

    粒子の位置については よくわかりますが

  • but it doesn't have a wavelength, so we don't know its momentum.

    波長を持たないため その運動量は不明とされます

  • To get a particle with both position and momentum,

    位置と運動量の両方を持つ 粒子を得るには

  • we need to mix the two pictures


  • to make a graph that has waves, but only in a small area.

    ごく狭いエリアに波があるグラフを 作成する必要があります

  • How can we do this?


  • By combining waves with different wavelengths,

    それは異なる波長を持つ波を 組み合わせる事で

  • which means giving our quantum object some possibility of having different momenta.

    これは量子的物体に異なる運動量を持つ 可能性を与えることを意味します

  • When we add two waves, we find that there are places


  • where the peaks line up, making a bigger wave,

    山が並んで大きな波を作り出す 場所があることに気づきます

  • and other places where the peaks of one fill in the valleys of the other.

    また山が谷を埋めてしまう 場所もあります

  • The result has regions where we see waves

    その結果 波がある場所と

  • separated by regions of nothing at all.


  • If we add a third wave,


  • the regions where the waves cancel out get bigger,


  • a fourth and they get bigger still, with the wavier regions becoming narrower.

    4つ目で波を打ち消す範囲は広がり 波の範囲の間隔が狭くなります

  • If we keep adding waves, we can make a wave packet


  • with a clear wavelength in one small region.

    ある狭い範囲にはっきりとした 波長の波束を作ることができます

  • That's a quantum object with both wave and particle nature,

    これこそ波と粒子の性質を持つ 量子的な物体です

  • but to accomplish this, we had to lose certainty

    しかし これを行うと

  • about both position and momentum.

    位置と運動量の双方の確実性が 失われてしまいます

  • The positions isn't restricted to a single point.

    この位置を一点に 限定する事はできません

  • There's a good probability of finding it within some range

    ただ波束の中心付近のある範囲に それを見い出せる

  • of the center of the wave packet,


  • and we made the wave packet by adding lots of waves,

    なお 複数の波を足していくことで 波束をつくった場合

  • which means there's some probability of finding it


  • with the momentum corresponding to any one of those.

    対応する運動量があって ある確率で見出されます

  • Both position and momentum are now uncertain,

    さあ これで位置と運動量 双方が不確定となり

  • and the uncertainties are connected.


  • If you want to reduce the position uncertainty

    位置の不確定性を 減少させたいと思えば

  • by making a smaller wave packet, you need to add more waves,

    波をさらに加えて 波束をさらに小さくする必要がありますが

  • which means a bigger momentum uncertainty.


  • If you want to know the momentum better, you need a bigger wave packet,

    運動量の精度を高めようとすると 波束が大きくなってしまい

  • which means a bigger position uncertainty.


  • That's the Heisenberg Uncertainty Principle,


  • first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

    1927年にドイツの物理学者 W. ハイゼンベルクが提唱しました

  • This uncertainty isn't a matter of measuring well or badly,

    この不確定性は測定の 精度の問題なのではなく

  • but an inevitable result of combining particle and wave nature.

    粒子と波の特性が結びついた 結果なので避けることはできません

  • The Uncertainty Principle isn't just a practical limit on measurment.

    不確定性原理は 測定の限界を示すだけではありません

  • It's a limit on what properties an object can have,


  • built into the fundamental structure of the universe itself.

    これは宇宙の基本的な仕組みに 組み込まれているのです

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

ハイゼンベルクの不確定性原理とは 量子力学に端を発し


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TED-ED】ハイゼンベルグ不確実性原理とは?- チャド・オーゼル (【TED-Ed】What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel)

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    稲葉白兎 に公開 2021 年 01 月 14 日