量子力学の基礎理論と現代物理学における役割

量子力学（りょうしりきがく、英: quantum mechanics）は、一般相対性理論と共に現代物理学の根幹を成す理論および分野である。主として分子や原子、あるいはそれを構成する電子などの微視的な物理現象を記述する力学を指す。

概要と古典力学との関係

量子力学の提案以降、それ以前に提案されていたニュートン力学や相対論的力学は総称して古典力学と呼ばれるようになった。量子力学はミクロな系を対象とするが、取り扱う系を無数の集まりとして解析することで、巨視的な系を扱うことも可能である。例えば量子統計力学はその応用例の一つであり、宇宙や生物といった自然現象の記述にも適用される。

理論的形式

代表的な量子力学の形式には以下の二つが挙げられる。

• 波動力学：エルヴィン・シュレーディンガーによって創始されたシュレーディンガー方程式を基礎に置く形式。
• 行列力学：ヴェルナー・ハイゼンベルク、マックス・ボルン、パスクアル・ヨルダンらによって構成された、ハイゼンベルクの運動方程式を基礎に置く形式。

これらは異なる表式を採用しているが数学的には等価であり、対象に応じて使い分けられる。

主な特徴と古典論との相違

古典力学との大きな違いとして、不確定性原理や相補性原理が挙げられる。事象が確率的にのみ記述されるため、強い意味での因果律は成り立たず、シュレーディンガー方程式によって記述される波動関数の時間的変化が因果的であるとされる。

応用分野

量子力学は基礎科学のみならず、現代の応用科学や技術においても不可欠である。黒体放射の強度説明や半導体を利用する電子機器の設計、レーザー発振器の開発などは量子力学を基盤として成り立っている。