誕生の歴史
19世紀末、物理学はほぼ完成したと考えられていましたが、熱い物体が出す光の色の分布（黒体放射）は従来の理論で説明できませんでした。1900年、マックス・プランクはエネルギーが連続ではなく「量子」というかたまりでやり取りされると仮定してこの問題を解きました。1905年にアインシュタインは光も粒子（光子）としてふるまうと考えて光電効果を説明し、1913年にはボーアが電子は決まった軌道にしか存在できないという原子模型を提案しました。1925〜26年にハイゼンベルクの行列力学とシュレーディンガーの波動方程式が登場し、今日の量子力学が完成しました。
| 年 | 人物 | 業績 |
|---|---|---|
| 1900 | プランク | エネルギー量子仮説（黒体放射） |
| 1905 | アインシュタイン | 光量子仮説（光電効果） |
| 1913 | ボーア | 原子模型 |
| 1925–26 | ハイゼンベルク、シュレーディンガー | 行列力学・波動方程式 |
| 1927 | ハイゼンベルク | 不確定性原理 |
基本概念
量子の世界では、エネルギーなどの物理量はとびとびの値しかとれません（量子化）。電子や光は状況によって波のようにも粒子のようにもふるまいます（波と粒子の二重性）。測定前の粒子は複数の状態が重なった「重ね合わせ」で表され、測定すると確率に従って一つの結果が得られます。シュレーディンガーの猫はこの奇妙さを皮肉った思考実験です。位置と運動量を同時に正確には知り得ないという不確定性原理、離れた2つの粒子の測定結果が相関する「量子もつれ」も中心的な概念です。アインシュタインはもつれを「不気味な遠隔作用」と呼び量子力学は不完全だと考えましたが、1982年のアラン・アスペらのベル不等式の実験は量子力学の予測を支持し、2022年のノーベル物理学賞につながりました。
解釈論争と応用
ボーアとハイゼンベルクの「コペンハーゲン解釈」は測定前には値が確定していないと考えますが、多世界解釈やボーム力学など複数の解釈が今も並び立っています。ただしどの解釈でも計算結果は同じで、量子力学は人類が持つ最も精密な理論の一つです。トランジスタや半導体、レーザー、LED、MRI、原子時計はすべて量子力学の産物で、重ね合わせともつれを利用する量子コンピュータや量子暗号の開発も進んでいます。日本では朝永振一郎が量子電磁力学への貢献で1965年にノーベル賞を受けました。素粒子物理の標準模型は、量子力学と特殊相対性理論を統合した場の量子論の上に築かれています。
よくある質問
- 量子力学を一言でいうと？
- ミクロの世界では物質や光が決まった値ではなく確率に従ってふるまい、観測するまで複数の可能性が重なり合っているという理論です。
- 量子力学と相対性理論はなぜ統一できないのですか？
- 特殊相対性理論とは場の量子論として統合されていますが、重力を扱う一般相対性理論とはまだ統一できていません。超弦理論やループ量子重力理論などが「量子重力」に挑んでいます。
出典確認日：2026-10-26
参考文献
- Planck, M. (1901). Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum. Annalen der Physik, 309(3), 553–563.
- Heisenberg, W. (1927). Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik. Zeitschrift für Physik, 43, 172–198.
- Aspect, A., Dalibard, J., & Roger, G. (1982). Experimental test of Bell's inequalities using time-varying analyzers. Physical Review Letters, 49(25), 1804–1807.
- Griffiths, D. J., & Schroeter, D. F. (2018). Introduction to Quantum Mechanics (3rd ed.). Cambridge University Press.
- Einstein, A. (1905). Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. Annalen der Physik, 322(6), 132–148.
- Bohr, N. (1913). On the constitution of atoms and molecules. Philosophical Magazine, 26(151), 1–25.
- Schrödinger, E. (1926). Quantisierung als Eigenwertproblem. Annalen der Physik, 384(4), 361–376.
- Einstein, A., Podolsky, B., & Rosen, N. (1935). Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? Physical Review, 47(10), 777–780.
- Bell, J. S. (1964). On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Physics Physique Физика, 1(3), 195–200.
- Everett, H. (1957). "Relative state" formulation of quantum mechanics. Reviews of Modern Physics, 29(3), 454–462.
- Dirac, P. A. M. (1930). The Principles of Quantum Mechanics. Oxford: Clarendon Press.