●量子力学(量子力学の登場)

 原子は、中心にある原子核と、その周囲の軌道を回る電子によって作られている。そして、光を受けたとき、電子は原子核から遠い軌道に、光を放ったとき、原子核から近い軌道に移る。電子は、光と密接な関係にある。そこから、電子そのものも、光と同じように、粒と波の二つの性質を持つことが明らかになってきた。
 電子の性質を『だるまさんがころんだ』という遊びに例えてみよう。鬼が目をふせている間は、まわりの子どもたちは、自由に動き回ることができる。しかし、鬼が見た瞬間、子どもは、ある一つの場所を動くことができない。古くから伝わってきたこの遊びに、ミクロの物質の不思議な性質を見ることができる。一人一人の子どもが、原子核を回る電子である。まず、子どもたちの動きは自由気ままである。ミクロの物質は不規則で、でたらめに動くように見える(不規則に観測される)。しかし、子どもたちの動きには、ある傾向を見ることができる。ミクロの物質は、でたらめなようでも、一定の傾向を持って確率的に動く(確率的に観測される)。鬼は、子どもの動き回る姿を正確には見ることができない。それを「不確定性」と呼ぶ(観測の限界:不確定性)。ミクロの物質は、光を当てて観測すると、光の影響を受けて、状態が変わってしまう。鬼が見ていないとき、子どもは、あらゆる場所にいる可能性がある。人間が、観測していないとき、ミクロの物質は、「さまざまな状態の重ね合わせ」として考えることができる。
 たった一人で、光の謎を追うアインシュタインに対し、ミクロの世界の謎を解き明かしたのは「量子力学」だった。「量子力学」は、1920年代から急速に発展した物理学である。才能ある若者がこの分野に競って参加してきた。

 そして、その中心にいたのが、デンマークのニールス・ボーアだった。ボーアのいるコペンハーゲンは、物理学の都と呼ばれていた。ボーアは、若い才能とともに、ミクロの物質の謎を探る量子力学の理論を発展させていった。ボーアとの出会いを、アインシュタインは、こう記している「ボーアは、そこにいるだけで、私に喜びを感じさせました。彼の直感と才能は、思想の宇宙に響きわたる最高の音楽です。」
 光の粒の動きは、量子力学が明らかにしたミクロの物質の基本的な性質をあらわしている。光の粒は、一見でたらめなようでも、ある一定の傾向を持って動いている。光に粒が、どのように動くかは、サイコロの目のように全く予測できない。しかし、サイコロの目は、何度もふれば、6分の1の確率で出ることが予測できる。この「確率」という考え方を、量子力学は、ミクロの世界をつかさどる法則とした。
 観測者が、電子を見るとき、電子の位置は、でたらめに散らばっている。しかし、数多く電子を観測し、その位置を重ねていくと、でたらめではなく、波の形を描いていくのに気付く。この波こそ、電子の確率をあらわしているのだ。一回見たときの粒、多く観測したときの波---すなわち、光の中にあった波の性質は、粒がどこへ行くかの確率だったのだ。粒と波の性質を融合する明確な答えが、量子力学によってもたらされた。
 アインシュタインが模索し、ついに解き明かすことができなかった「粒」と「波」の二重性の仕組み。これを解明したマックス・ボルンに対するアインシュタインの手紙が残っている。
 「親愛なるボルン君。量子力学は大変印象的です。が、しかし、私の内なる声は、それはまだ本物ではないと私に言っております。この理論は、かなり多くのものをもたらします。しかし、われわれを創造主の神秘にほとんど近づけてくれません。いずれにしても、私は『神はサイコロ振りをしない』と確信しております。」(1926年12月)
 この理論は、ガリレイ、ニュートンから続いてきた物理学の世界像、すなわち、未来は確定的に予測できるという考え方を、くつがえそうとしていた。ボーアは、未来を確率でしか予測できないとするこの理論を受け入れた。一方、アインシュタインは、正確に未来を予測できる理論を求め続けた。
 アインシュタイン曰く「量子力学の理論が、論理的に矛盾のないもので、重要な成功をもたらしたのは確かなことです。しかし、私は、この理論が究極のものとは、どうしても思えないのです。間違ってるとは思いません。しかし、不十分なのです。」(アインシュタイン・ロマン NHKエンタープライズ 1991年より)

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