量子と量子技術
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４月１８日は「発明の日」です。 現在の特許法にあたる「専売特許条例」が１８８５年４月１８日に公布されたことに由来します。 これに因み、毎年、４月１８日を含む月曜日から日曜日までの１週間は「科学技術週間」とされ、 科学技術についての理解と関心を深めるために、 全国の科学館・博物館などの施設では、科学技術に関するイベントが実施されます。 （今年の「科学技術週間」は、４月１４日〜４月２０日） この科学技術週間に合わせ、文部科学省は、毎年、 科学の知識を親しみやすく示したポスター「一家に一枚」を制作・配布しており、 科学館や博物館に行けば、もらうことができます。 ２０２５年のテーマは「量子と量子技術」です。 （昨年のテーマは「数理」でした。） 今年は「２０２５年」であり、１００年前は「１９２５年」でした。 「１９２５年」と言えば、量子力学が完成した年です。 ドイツの物理学者ベルナー・ハイゼンベルク（１９０１−１９７６）が「行列力学」を発表しました。 翌年（１９２６年）には、オーストリアの物理学者エルビン・シュレーディンガーが、 量子力学の基礎方程式である「シュレーディンガー方程式」を発表しています。 それから１００年経った現在、「量子」が様々な技術に利用されています。 現代の科学技術を理解するには、量子力学の理解が前提になっているせいでしょうか、 高校物理にも、最後の章で「量子」に関する内容が登場しています。 「エネルギー値が、連続的ではなく、飛び飛びの値になる。」・・・などの内容を 単なる知識の詰め込みで終わらせたのでは、その後に、それ以上の発展を望めません。 実際にそうなることを確認し、どのような状況だったら、そうなるのか理解することで、次へつながります。 実際にそうなることを確認するのに、数学を駆使します。 高校数学の“メインディッシュ”である「微分積分」は、１変数関数を対象としており、 これをベースに、大学数学では、２変数以上の関数を対象とした微分積分を学びます。 量子力学の基礎方程式である「シュレーディンガー方程式」は、４つの変数を含む微分方程式であり、 ４変数を同時に扱うのではなく、１つずつ分離して別個に扱うことで、 高校で学ぶ「常微分方程式」に落し込むことができます。 シュレーディンガー方程式を解くことで得られるのは、“波”としての性質をもつ電子の波動関数です。 高校物理では、波を表す式をグラフ化すると、正弦曲線になっていますが、なぜ「正弦曲線」なのでしょうか？ 放物線の頂点付近を複数個つなぎ合わせた曲線にならないのは、なぜなのでしょうか？ 一緒に学びましょう！ |
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