量子力学について、いろいろ調べたけどいまいちピンとこない。
そもそも「量子」って何だろう。
何かの役にたっているの？
身近な例で知りたい
こんな方に向けて、「量子力学とは」を簡単にわかりやすく解説します。
こんなにも身近だったんだなと思っていただければ幸いです。
量子とは
まず、量子とはなんでしょうか。
私たちの身体や、宇宙を含むすべてのモノは、大きな順から、物体→構成物質→分子→原子へと分解できます。
下の図は人間を例に表したものです。
また、原子をさらに分解すると、原子核と電子になります。
さらに原子核は陽子と中性子からできており、陽子と中性子はクォーク（素粒子）とエネルギーでできています。
このうち、原子レベル以下のミクロな小さな物質（原子を含む、電子・クォークなど）を総称して「量子」と呼ぶのです。
原子
モノを作る基本成分です。
化学的手段ではこれ以上分割できない単位です。
原子が結びついたものを分子と呼びます。
原子と元素は違う？
原子と元素は違います。
原子はモノを構成する粒です。
元素は原子の種類です。
たとえば、スイーツで説明すると、
材料である小麦粉、バター、砂糖、牛乳が原子です。
スイーツにはケーキ、タルト、パイ、クッキーなどの種類がありますが、この種類が元素です。
中性子
中性子は原子の一部で、原子の中にある原子核の中に存在する粒子です。
原子核には陽子と中性子があります。
原子核の中で反発し合う陽子を中性子が安定させています。
量子と素粒子の違い
素粒子は量子に含まれます。
素粒子とは、これ以上分解できない最小の粒の総称です。
陽子や中性子、電子も素粒子の一部です。
素粒子は現在、200種類以上見つかっています。
おおまかにモノを作る素粒子（陽子や中性子など）群と、目に見えない自然界の力を担う素粒子（光子など）群に分けられます。
量子力学とは
量子には先にも述べたように、様々な種類や法則があります。
量子には、
- 波と粒子の性質がある
- 位置がわかれば動きがわからなくなり、動きがわかると位置がわからなくなる
という特徴があります。
ここにいた！と思うと動きが見えず、動きが見えるとどこにいるか見えなくなるという不確定さを持っています。
この「不確定さ」が量子の世界です。
この量子の法則を量子力学と言うのです。
古典力学と量子力学の違い
古典力学とは、量子力学が誕生する前のものを指します。
例えば、相対論的力学やアイザック・ニュートンのニュートン力学です。
古典力学は、目に見えるモノ（マクロレベル）の運動法則や、それに働く力、相互作用についての学問です。
古典力学が主流の時代から、科学技術が発展すると、それまで技術的に観測できなかった量子の動きや存在を観測できるようになりました。
すると、これまでの古典力学では説明できないことが起こったのです。
量子の動きに古典力学が通用しないことで新たな理論が必要となり、生まれたのが量子力学というわけです。
古典力学は、目に見えるモノ（マクロレベル）がこういう時はこうなるという確定さを持ちます。
モノの動きは予測可能であり、どこにあるか、どれくらいの速度で動いているかが明確にわかります。
それに対し量子力学は、量子（ミクロレベル）がこういう時はこうなるとは言えず、不確定さを持ちます。
すべて確率の話になり、動きや位置、速度を完全に同時に知ることはできません。
身近に存在する量子力学
どんな場所で使われているのでしょうか。
量子力学は、意外にも身近な場所に存在します。
それは、パソコンやスマートフォン、電子機器などに使われる半導体です。
わたしたちは、半導体を通して量子力学の原理を体験しているのです。
半導体は、普段は電気を通さないのに、ある条件下では電気を通すという性質があります。
量子力学は不確定性を含む理論であり、この不確定さを理解し、半導体に利用されているのです。
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