自然の裸の謎

「自然」という言葉は非常に広い用語です。非常に異なるものを指すために使用できます。たとえば、獲物を狩る捕食者は自然の現れであり、噴火している（または噴火していない）火山は自然の一部です。気象サイクル、構造プレートの動き、地球の生物多様性、鉱物資源、地形、星座、星などは、「自然」という用語を参照するときに頭に浮かぶ種類のものです。 .

そして、自然には起こらない自然があります。

人間が作り出した人工世界も自然の一部です。私の部屋の空調システム、電源、この記事を書いているデバイス、そして私の考えをあなたと共有したいインターネットも自然の一部です。

自然主義者にとって、人間が作ったものは、神が作ったものほど荘厳で神聖なものではないかもしれません。一方、物理学者にとっては、神が作ったものも人間が作ったものも同じものでできている。捕食者もキーボードも原子で構成されており、獲物を狩る捕食者と文字を入力するキーボードは、どちらも同じ自然の法則の現れです。これらの自然の法則は、私たちが物質とエネルギーの構成要素を深く掘り下げるにつれて、いくつかの謎を提示します.これらの構成要素は、便宜的に量子と呼ばれます。これらについては、後ほど詳しく説明します。

最も基本的な「量子」レベルの自然

物質とエネルギーのビルディング ブロックのレベルでの自然は、私たちが日常生活で経験する方法とは大きく異なります。私たちは日常生活の中で、壁に向かって投げられたボールが壁に当たって跳ね返るという経験をしています。練習と経験を積むことで、ボールが壁のどこに当たるかを予測できます。この決定論は私たちの周りの世界の特徴であり、最も基本的なレベルで自然に近づくにつれて消えていきます.

壁に向かって投げられた量子ボールは、跳ね返るかもしれないし、跳ね返らないかもしれない。壁を通り抜けるだけかもしれません。跳ね返ったとしても、壁にぶつかる場所はまったくわかりません。これは自然の神秘です。

自然は、最も基本的なレベルで情報を隠そうとします。

物質とエネルギーの構成要素

上で説明した量子ボールの例を見てみましょう --- 物質とエネルギーの構成要素です。物質の構成要素は原子です。それら自体は、亜原子粒子で構成されています。最も興味深いのは電子です。運動中の電子は、私たちがよく知っている電流を構成します (すべての電気および電子機器を動かします)。負に帯電したプレートに向かって発射された単一の電子は、壁に衝突する量子ボールの例です。

エネルギーの構成要素 (今日の目的のため) は光子です。これらを説明するのは少し難しいですが、この議論を理解するために必要なのは、実用的な理解だけです。

部屋の光源を見てください。あなたに向かって来る光は、基本的に多数のフォトンで構成されています。光が明るいほど、フォトンは豊富です。たとえば、目の前にスクリーンを置いて光の強度を下げると、到達する光子の数が減ります。私たちが見るものは、光子が目に到達するためです---それらのものによって直接放出されるか、散乱されます（実際には見えず、単に脳内で調理されるだけのビジョンの一部もあります.それが話です.別の謎の）。

構成要素間の相互作用

物質とエネルギーの構成要素間の相互作用は単純です。原子は光子を吸収して励起エネルギー状態に入ることができます。後でそのエネルギーを放出し、好ましい基底状態に戻ることができます。この単純なエネルギー交換は、宇宙のすべての要素を一意に識別する技術の中心であり、過去 200 年間科学者によって効率的に使用されてきました。

推理小説

単純なエネルギー交換に関わる謎は、原子がいつ光子を吸収するかを自然界が知ることができないということです。原子がたくさんあると、どの原子がそれを吸収するかわかりません。原子が励起状態になると、いつ発光して基底状態に戻るかわかりません。放出された光子がどちらの方向に行くかはわかりません。それが次にどの原子を励起するかはわかりません。

一見単純な質問は、自然の深く守られた秘密である傾向があります.

上記のすべての質問に対する自然の答えは次のとおりです。このランダム性は自然の神秘です。量子レベルの自然は、原子と光子の間でダンスを演じており、私たちは次のステップを知ることは決して許されていません.これは、最も密かに守られている自然界の謎の 1 つであり、私たちの知識に対する根本的な制限です。

この深いレベルから離れれば、自然は私たちがその秘密を明らかにすることに問題はありません。 10億年以上前に発せられた宇宙のささやきを聞かせてくれました。ごく最近になって、宇宙のごく初期の光を見ることができるようになりました。しかし、次にどの光子が見えるかを尋ねると、問題があります。少し不快に思うなら、あなたは一人ではありません。この状況は、私たちの最高の頭脳を悩ませています。

個々の量子イベントを目撃することはめったにないため、私たちは謎に気づいていません。私たちは常に、これらのイベントの非常に大量のコレクションが非常に速く発生しているため、根底にあるダンスと謎が完全に覆い隠されています.しかし、その謎を探り、理解する方法はあります。

思考実験

明るい部屋に数人の人がいると想像してみてください。照明の色を含め、部屋で目にするものすべてに同意することができます。よりドラマチックに見せるために、光の色を白にします。ここで最初の驚きがあります。

白い光子はありません。

目に見える白い色は、膨大な数の異なる色の光子に対処する脳の方法です。 「その数字はどれくらい大きいの?」は、簡単にググるか、別の投稿で読むことができます。

それでは、物事を遅くしましょう。光の強度を下げると想像してみてください。これにより、利用可能なフォトンの数が減少し、部屋が暗くなり、色の識別が難しくなります。これは私たちのビジョンの限界です。私たちの目は、暗闇の中で色を見るようには設計されていません。私たちの目の暗視受容体は、日中に使用するものとは異なります。ただし、非常に優れた視覚を持つ人々がいるふりをすることで、この制限を克服できます (結局のところ、これは思考実験です)。

光の強度を下げ続けると、光源から一度に数個の光子のみが放出されるようになります (単一光子光源は市販されています)。この時点で真っ暗になり、謎が明らかになります。

光源は依然として光子を放出し続けます --- 一度に 1 つずつですが、それらの光子のすべてが部屋にいる人々の目に届くわけではありません。ほとんどの場合、彼らは光がないと報告します。時々、部屋の誰かが小さな光の火花を報告します。これが起こるたびに、彼はそれを報告するために一人になります。部屋の他の誰もそれを見ることはありません。 2 人が同じ火花を報告することはありません。あなたが火花を見たとき、部屋の他の誰もそれを見ることができず、他の誰かがそれを見たとき、あなたはそれを見ることができません.単一の光子は部屋のどこにでも行く可能性がありますが、それは 1 人の個人によってのみ見ることができます (片目の 1 つの受容体のみ)。

さらに、白い光子がないという理由だけで、火花の色が白になることはありません。発光するたびに、赤、緑、青など、さまざまな色になります。人が光の火花を報告するたびに、別の色を報告します。すべてのイベントは、今では異なる主観的な経験になります。

上記のシナリオを視覚化すると、量子ダンスの性質が奏でていることが理解できます。ここに、あなたの現実感を混乱させる何かがあります。

量子ダンスは今、私たち全員の目の前で進行中です。

上記の思考実験で議論されたシナリオは、私たち全員の目の前で今起こっている現実です。あなたが今見ている光の部分は、他の人には見えません。他の人は光の別の部分を見ます。唯一のことは、すべての主観的な経験が 1 つの客観的な現実に合体するほど多くの光を利用できるということです。私たちの実験では、光を通常の強度に戻すと、量子ダンスは消え、誰もが再び「白い」光を報告し始めます.

自然の裸の謎

ミステリーには用途があります。それに続くランダム性と不確定性は、自由意志について満足のいく説明を思いつくのに役立つかもしれません。 地球上の生命の出現と私たちの存在に関する古くからの議論に決着をつけることができるかもしれません。 自然が非常に根本的なレベルでどのように振る舞うかに照らして、私たちは新しい哲学を思いつくかもしれません.

非常に基本的なレベルで自然界で起こっているランダムな量子ダンスは、裸の謎です.自然は私たちが次のステップを推測することを決して許さないので、それは謎であり、ダンスは常に私たち全員の前で行われているので裸です.

投稿を読んでいただきありがとうございます。お楽しみいただけたでしょうか。量子論の詳細については (非技術的な説明で)ここで読むことができます。