「2025年の最初の1時間、私たちはまだ計算をしていました。2025年は頭を使う年になりそうです。」

2024年12月31日午後10時、捜狐の創設者、会長兼CEOで物理学博士の張朝陽氏が2025年大晦日のスピーチを行った。

今回、彼はごく普通の人々の日常体験を通して、量子力学が日常生活や現代技術に幅広く応用されていることを鮮やかに示しました。現代物理学の柱の一つである量子力学について、 3時間にわたるライブ配信で語り、他に類を見ない科学的な大晦日を演出しました。イベント全体は捜狐動画でライブ配信されました。

普通の人の「量子力学」の経験から、1990年にボイジャー宇宙船が撮影した有名な「ブルー・ドット」の写真まで、張朝陽は、量子力学を理解することは物質の構成を理解し、宇宙における私たちの無意味さを知ることができるようになることを意味すると考えています。

彼はこう述べた。「私たちは知性、思考力、そして世界がこうあるという知識を与えてくれた人間の知恵を誇りに思うべきだ。」

夜明けから夕暮れまで、量子力学に「支配された」普通の人の一日。

張朝陽氏は昨年の大晦日の最初の演説で、「20世紀最大の理論」と称される一般相対性理論を導き出した。

昨年に引き続き、この講義は現代物理学のもう一つの大きな柱である量子力学に焦点を当てました。張朝陽氏は「量子力学の世界に生きる」というテーマで、日常生活の例を用いて、量子力学が私たちの周囲のあらゆる細部にいかに微妙に浸透しているかを示しました。

張朝陽氏は約3時間の講義で、原子の電子配置、遷移発光、量子トンネル効果など27の物理学の概念を披露し、聴衆をどこにでもあるが神秘的な微視的世界へと導いた。

「毎日目を開けると、太陽の表面の黒体放射から最初の太陽光線が生まれます。」張朝陽氏は、目覚めて目を開けた瞬間から太陽の量子特性について紹介しました。

彼はウィーンの公式を使って、太陽放射エネルギーの最も強い部分がまさに私たちの目が知覚できる周波数範囲内にあり、それが人間の視覚の限界も決定づけるものであることを説明しました。

彼は例を挙げました。朝起きて最初にすることは歯磨きかもしれません。電動歯ブラシの毛はポリマー材料で作られており、リチウム電池で駆動します。リチウムは最外層に電子を1つしか持たないため、容易に電子を放出してリチウムイオンを形成し、電池内で効率的にエネルギーを伝達し、様々な電化製品に電力を供給します。

外に出ると、街灯はまだ明るかった。張朝陽氏は、ナトリウムランプのオレンジ色の光は、ナトリウムの電子が3sと3pのエネルギー準位間を遷移することによって生じると指摘した。

朝食ショップに到着すると、パン、コーヒー豆、野菜の材料はすべて光合成に依存しており、これも量子プロセスであることが分かります。

実際、量子力学はすでに私たちの生活のあらゆる側面に浸透しています。オフィスでは、エアコンの作動流体が水素結合の切断と再構築を繰り返すことで温度を調節しています。コンピュータプロセッサ内の数億個のトランジスタやディスプレイ画面のLEDパネルは、量子力学のバンド構造理論の直接的な産物です。単語が伝わる速度さえも、量子力学のエネルギーの離散的な性質の影響を受けています。そして、思考のあらゆる飛躍は、複雑な生化学反応を通じて何千個ものカルシウムイオンがニューロンに流入することを伴っています。

夕暮れ時に通りを歩くと、アルゴンなどの不活性ガスが電流によって光り輝き、色とりどりのネオンライトが輝きます。ワインを飲んでいる人は、ワイングラスに「脚」が見えるでしょう。これは、水素結合によって形成された水分子の強い表面張力によって引き起こされる現象です。水中のこの水素結合の強さは、地球上の樹木の高さにも影響を与えています。蒸散作用によって、水素結合の「鎖」が重力に逆らって水を根から樹冠へと運ぶのです。一方、遠くの空では、電磁波の擾乱を受けて窒素と酸素が赤、緑、青の光にきらめいています。これがオーロラです。

張朝陽氏は、オーロラは地球の磁場が太陽風を遮蔽することで発生すると説明した。一般的な磁場の形成は電流の動きと密接な関係があるが、強磁性の形成は量子力学的な深遠な現象である。多数の鉄原子が集まって磁区を形成し、均一に整列した磁区がマクロな磁場を生成する。張朝陽氏は、核磁気共鳴（MRI）技術は私たちが日常的に強磁場と接する典型的な例だと述べた。MRIは超伝導コイルを用いて地球の磁場の3万倍の強さの磁場を発生させ、水素原子核のスピン変化を解析することで画像化するもので、現在、最も先進的な医療画像技術の一つである。

その夜、家に帰ると張朝陽は実用的な生活のヒントをいくつか教えてくれた。彼は、衣服を素早く洗濯し、窓を開けて換気をするように勧めた。油汚れや埃が拡散して衣服に染み込み、頑固なシミが残ってしまうのを防ぐためだ。換気は室内のラドン濃度を下げるのにも役立つ。この放射性ガスは長期にわたって蓄積されると健康に悪影響を及ぼす可能性がある。特に、ラドンは量子トンネル効果によってアルファ粒子を放射し、これが体内に入ると肺がんのリスクを高める。

「量子力学を理解することは世界を理解することです。宇宙に比べれば人類は取るに足らないものです。」

より広い宇宙の文脈において、張朝陽氏は量子力学が宇宙の謎を解明する上で役立っていると述べました。科学者はスペクトル分析を通して、様々な天体の元素を特定し、スペクトル線の赤方偏移を分析することでそれらの遠ざかる速度を計算することさえできます。これは宇宙が膨張していることを明らかにしています。量子力学が提供する定量的な手法は、人類による宇宙探査にとって重要なツールです。

一方、恒星の進化も量子力学と切り離せない関係にあります。理論計算から、太陽は40億年から50億年も生きてきただけでなく、今後さらに40億年から50億年も生き続けることが分かっています。さらに、恒星の寿命の最終段階では、量子力学のフェルミオン縮退圧力を利用して「生き残りをかけて戦っている」ことも分かっています。縮退圧力と重力が平衡状態に達すると、恒星は比較的安定した白色矮星または中性子星を形成します。そうでなければ、爆発するか、完全に燃え尽きるか、ブラックホールとなって宇宙に留まります。

張朝陽氏は講演の中で、NASAのボイジャー宇宙船が量子技術を用いて宇宙探査を行っている様子についても説明しました。1977年以来、この2機の宇宙船は太陽系を離れ、宇宙の深淵へと旅を続け、減速期間を経て、秒速17キロメートルでアルファ・ケンタウリを目指しています。この宇宙船のエネルギーは量子力学に基づいており、プルトニウムの原子核崩壊時に発生する放射線を利用して金属を加熱し、それを電気エネルギーに変換することで宇宙船を前進させています。1990年、ボイジャーは地球を振り返り、有名な「ブルー・ドット」写真を撮影しました。この写真は、広大な宇宙における地球の小ささを浮き彫りにしました。

「宇宙は広大で、地球は小さな点に過ぎず、地球上の無数の生命体は、宇宙のその小さな点の中のさらに小さな点に過ぎません」と張朝陽は述べた。「宇宙は広大で、地球は実に取るに足らない存在です。私たちは宇宙に敬意を払い、日々起こる些細な出来事を深刻に受け止めるべきではありません。人生はほんの一瞬に過ぎないのですから。」設計寿命によると、ボイジャーは2025年にエネルギー切れとなり、人類との接触が断たれる。おそらく数万年後、地球が消滅した時、ボイジャーは他の恒星系の生命体と遭遇し、人類文明の存在を示す唯一の証拠となるかもしれない。

量子力学こそが、世界のあらゆるものが特定の構造と法則をもって存在することを可能にし、水や空気から人類自身に至るまで、私たちの周りのあらゆるものを形作っているのです。量子力学がなければ、世界は混沌とした灰燼に帰してしまうでしょう。張朝陽は次のように述べています。「私たちは人類の偉大さを誇りに思うべきです。数千万年の進化、200万年の発展、そして一万年の農耕文明を経て、私たちの脳は驚異的な発達を遂げ、知恵と思考力を与えてくれました。私たちは量子力学を理解し、世界を理解し、そして世界がこのように存在していることを知っています。」

張朝陽氏は演説の中で、除夜の鐘が鳴り響く中、皆に新年の挨拶を述べた。感情をコントロールし、良い気分を保つための心理学を学び、毎日運動し、果物や野菜をもっと食べ、積極的に行動し、様々な機会を探し、キャッシュフローをうまく管理し、借金を避けるよう提言した。

「2025年は誰もが何かを達成し、前進し、快適に、成功して、有意義に過ごせることを願っています。」

「化学結合は物質世界の基盤であり、テクノロジーは人類を前進させる。」

色彩豊かな世界と「量子力学がなければ世界は灰色の塊になる」理由をより深く理解するために、張朝陽氏はベルが鳴った後も組織構造の基礎、つまり化学結合の形成についての詳細な研究を共有し続けました。

講義の後半では、彼は5枚の黒板に書かれた数式を使って、物質の基本的な構成について徹底的な分析を行い、化学結合の起源を簡単に導き出すのに約1時間を費やした。

量子力学的な観点から化学結合の形成を理解するには、まずボルン・オッペンハイマー近似を習得する必要があります。水素イオン分子では、2つの原子核の運動は外殻電子の運動とは大きく異なります。ボルン・オッペンハイマー近似では、系内の原子核の位置がほぼ一定であると仮定することで、問題を2つのステップに分割します。まず、外殻電子の波動関数を解きます。次に、電子の性質を用いて2つの原子核の有効ポテンシャルエネルギーを求め、最後にそれを解きます。

変分法を用いて核外電子の波動関数を求めると、核外電子が主に系の中で「接着剤」として作用していることが容易に分かります。張朝陽氏は、この過程を家族の物語を用いて鮮やかに説明しました。彼は、2つの原子核は同じ電荷を持ち、クーロン反発を受けると説明しました。これは、まるで対立する両親のようなものです。しかし、この家族における子供（電子）は橋渡し役として働き、両親をしっかりと結びつけ、家族の安定性、つまり分子構造の安定性を確保しています。

張朝陽氏は、複雑な数学的計算を経て、最終的な有効位置エネルギーは2つの原子核間の距離に関係しているとさらに説明した。この位置エネルギー曲線には最小点があり、原子間の距離が特定の臨界値に達すると化学結合が形成されることを意味する。まさに化学結合があるからこそ、酸素、水、そして無数の物質が存在するのだ。「私たちが住む世界はもはや金属、木、水、火、土で構成されているのではなく、元素、分子、金属、タンパク質、DNA、そして脳の構造でさえも構成されている。これらすべては量子力学の結果だ」と張朝陽氏は結論づけた。

張朝陽氏は講演の質疑応答の中で、AIビッグデータモデル、量子コンピューティング、生命科学、常温超伝導など、科学技術分野における最新のホットトピックについて聴衆と議論しました。張氏は、新年は量子力学と材料科学といった最先端分野でさらなる飛躍的な進歩が期待され、人類社会に大きな変化をもたらすと述べました。

さらに、張朝陽氏は、本日の講演が量子力学をめぐるネット上の「文化的誇大宣伝」現象に強い打撃を与えることを期待している。張氏は、量子力学は単なる抽象的な理論ではなく、厳密な計算と実験によって検証された一連の科学的手法であることを強調した。

「量子力学は、ミクロの世界を支配する法則を説明する物理学の重要な分野であり、すべての物質はこの基本法則で構成されています。」

Sohuより転載

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