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二重スリット実験

索引 二重スリット実験

二重スリット実験(にじゅうスリットじっけん)は、粒子と波動の二重性を典型的に示す実験。リチャード・P・ファインマンはこれを「量子力学の精髄」と呼んだ。ヤングの実験で使われた光の代わりに1個の電子を使ったものである。 この実験は古典的な思考実験であった。実際の実験は1961年にテュービンゲン大学のクラウス・イェンソンが複数の電子で行ったのが最初であり、1回に1個の電子を用いての実験は1974年になってピエール・ジョルジョ・メルリらがミラノ大学で行った。1989年に技術の進歩を反映した追試を外村彰らが行なっている。 1982年、光子1個分以下にまで弱めたレーザー光による同様の実験が浜松ホトニクス株式会社中央研究所によって行われた 。 2002年に、この実験はの読者による投票で「最も美しい実験」に選ばれた。.

46 関係: 古典力学場の量子論外村彰実験岩波書店干渉 (物理学)弾丸ミラノ大学ヤングの実験リチャード・P・ファインマンルイ・ド・ブロイボーム解釈デヴィッド・ボームフラーレン分子アントン・ツァイリンガーアインシュタイン=ポドルスキー=ローゼンのパラドックスウイルスエバーハルト・カール大学テュービンゲンエルヴィン・シュレーディンガーエヴェレットの多世界解釈コペンハーゲン解釈シュレーディンガーの猫シュテルン=ゲルラッハの実験スリット写真乾板光子勁草書房砂川重信確率分布粒子と波動の二重性真空経路積分隠れた変数理論講談社追試重ね合わせ量子量子力学金属電子電子銃波動教科書思考実験

古典力学

古典力学(こてんりきがく、英語:classical mechanics)は、量子力学が出現する以前のニュートン力学や相対論的力学。物理学における力学に関する研究、つまり適当な境界の下に幾何学的表現された物質やその集合体の運動を支配し、数学的に記述する物理法則群に関する研究のうち、量子論以降の量子に関するそれを「量子力学」とするのに対し、レトロニム的に、量子論以前のもの(現代でもさかんに研究されている分野だが)を指してそう呼ぶ。 古典力学は、マクロな物質の運動つまり、弾道計算から部分的には機械動作、天体力学、例えば宇宙船、衛星の運動、銀河に関する研究に使われている。そして、それらの領域に対して、とても精度の高い結果をもたらす、最も古く最も広範な科学、工学における領域のうちの一つである。古典力学以外の領域としては気体、液体、固体などを扱う多くの分野が存在している。加えて、古典力学は光速に近い場合には特殊相対性理論を用いることによってより一般な形式を与えることとなる。同様に、一般相対性理論は、より深いレベルで重力を扱うこととなり、量子力学では、分子や原子における、粒子と波動の二重性について扱うこととなる。.

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場の量子論

場の量子論(ばのりょうしろん、英:Quantum Field Theory)は、量子化された場(素粒子物理ではこれが素粒子そのものに対応する)の性質を扱う理論である。.

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外村彰

外村 彰(とのむら あきら、1942年4月25日 - 2012年5月2日)は、日本の物理学者。元沖縄科学技術大学院大学教授、学習院大学理学博士、名古屋大学工学博士。日本学士院賞恩賜賞受賞。文化功労者。日本学士院会員。米国科学アカデミー外国人会員。日本学術会議議員。.

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実験

実験(じっけん、)は、構築された仮説や、既存の理論が実際に当てはまるかどうかを確認することや、既存の理論からは予測が困難な対象について、さまざまな条件の下で様々な測定を行うこと。知識を得るための手法の一つ。 実験は観察(測定も含む)と共に科学の基本的な方法のひとつである。ただ、観察が対象そのものを、その姿のままに知ろうとするのに対して、実験ではそれに何らかの操作をくわえ、それによって生じる対象に起こる変化を調べ、そこから何らかの結論を出そうとするものである。ある実験の結果が正しいかどうかを確かめることを追試という。 工学においては、規範的実験と設計的実験とに分類できる。.

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岩波書店

株式会社岩波書店(いわなみしょてん、Iwanami Shoten, Publishers. )は、日本の出版社。.

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干渉 (物理学)

2波干渉 物理学における波の干渉(かんしょう、interference)とは、複数の波の重ね合わせによって新しい波形ができることである。互いにコヒーレントな(相関性が高い)波のとき干渉が顕著に現れる。このような波は、同じ波源から出た波や、同じもしくは近い周波数を持つ波である。.

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弾丸

弾丸(だんがん)は、銃や砲に使用され、それらから発射・推進して主に目標に物理的損傷を与えるもの。材質や形状は用途により多岐にわたるが、基本的に鉛合金の弾芯に銅合金の被甲をかぶせた構造である。発射薬や銃用雷管と共に薬莢に収められたものは実包、弾薬という。なお、弾丸を実際に発射することを発砲(はっぽう)という。.

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ミラノ大学

ミラノ大学 (University of Milan, イタリア語 : Università degli Studi di Milano)は、イタリアのミラノにある大学。1924年に設立され、62,801名の学生が学んでいる。ヨーロッパ研究大学連盟に所属している。.

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ヤングの実験

ヤングの実験(ヤングのじっけん)は、複スリットを用いた、光の干渉性を示す実験。1805年ころトーマス・ヤングが、光源からの光を平行な2つのスリットを通すと衝立上に干渉縞を生じることを示した。光の波動性を示す現象である。 なお、同様の二重スリットを使う実験であるが、今日「二重スリット実験」と呼ぶ場合はリンク先の記事のように、1個ずつ発生させた電子を利用して波動性にとどまらず、量子における粒子と波動の二重性を示す実験を指すこともある。 二つのスリットの光がスクリーンに投影されるとき、両方の光が当たる中央部分が明るくなるという左の図は直感的にわかりやすい。たとえば舞台に複数のスポットライトをあてるような場合には実際にこのようになる。しかし光の間隔が非常に小さい場合、スクリーンには図右下のように縞模様が映し出される。これは光が干渉という、波に特徴的な性質を持っているためである。.

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リチャード・P・ファインマン

リチャード・フィリップス・ファインマン(Richard Phillips Feynman, 1918年5月11日 - 1988年2月15日)は、アメリカ合衆国出身の物理学者である。.

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ルイ・ド・ブロイ

ルイ・ド・ブロイこと、第7代ブロイ公爵ルイ=ヴィクトル・ピエール・レーモン(Louis-Victor Pierre Raymond, 7e duc de Broglie 、1892年8月15日 - 1987年3月19日)は、フランスの理論物理学者。 彼が博士論文で仮説として提唱したド・ブロイ波(物質波)は、当時こそ孤立していたが、後にシュレディンガーによる波動方程式として結実し、量子力学の礎となった。.

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ボーム解釈

ボーム解釈(ボームかいしゃく)とは、1952年にアメリカ合衆国生まれの物理学者デヴィッド・ボームによって提案された量子力学の解釈であり、非局所実在論のひとつである。.

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デヴィッド・ボーム

デヴィッド・ジョーゼフ・ボーム(David Joseph Bohm、דייוויד ג'וֹזף בוֹהם, דוד יוֹסף בוֹהם‎、1917年12月20日1992年10月27日)は、理論物理学、哲学、神経心理学およびマンハッタン計画に大きな影響を及ぼした、アメリカ合衆国の物理学者である。.

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フラーレン

60 の球棒モデル 60 のCPKモデル フラーレン (fullerene 、Fulleren) は、閉殻空洞状の多数の炭素原子のみで構成される、クラスターの総称である。共有結合結晶であるダイヤモンドおよびグラファイトと異なり、数十個の原子からなる構造を単位とする炭素の同素体である。呼び名はバックミンスター・フラーの建築物であるジオデシック・ドームに似ていることからフラーレンと名づけられたとされる。最初に発見されたフラーレンは、炭素原子60個で構成されるサッカーボール状の構造を持った60フラーレンである。.

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分子

分子(ぶんし)とは、2つ以上の原子から構成される電荷的に中性な物質を指すIUPAC.

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アントン・ツァイリンガー

アントン・ツァイリンガー(Anton Zeilinger, 1945年5月20日 - )はオーストリアの量子物理学者。彼は、現在ウィーン大学の物理学教授である。ツァイリンガーは量子情報の先駆者であり光子の量子テレポーテーションの実現で有名である。.

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アインシュタイン=ポドルスキー=ローゼンのパラドックス

アインシュタイン=ポドルスキー=ローゼンのパラドックス(頭文字をとってEPRパラドックスとも呼ばれる)は、量子力学の量子もつれ状態が局所性を(ある意味で)破るので、相対性理論と両立しないのではないかというパラドックスである。アルベルト・アインシュタイン、ボリス・ポドルスキー、ネイサン・ローゼンらの思考実験にちなむ。 EPRパラドックスが発表された当時は、アインシュタインらは局所実在論の立場を取っていたため、量子論が実在論的に完全でない結果を与えることを「パラドックス」であるとした。しかし、ベルの不等式の検証(1982年)などにより、量子論では局所実在論が破綻することが明らかになっており、非局所的な量子もつれ状態はEPR相関と呼ばれている。.

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ウイルス

ウイルス()は、他の生物の細胞を利用して、自己を複製させることのできる微小な構造体で、タンパク質の殻とその内部に入っている核酸からなる。生命の最小単位である細胞をもたないので、非生物とされることもある。 ヒト免疫不全ウイルスの模式図.

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エバーハルト・カール大学テュービンゲン

バーハルト・カール大学テュービンゲン(Eberhard-Karls-Universität Tübingen)は、ドイツ・テュービンゲンにある総合大学。通称はテュービンゲン大学。以下、本項内ではこの通称を用いる。.

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エルヴィン・シュレーディンガー

ルヴィーン・ルードルフ・ヨーゼフ・アレクサンダー・シュレーディンガー(オーストリア語: Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger、1887年8月12日 - 1961年1月4日)は、オーストリア出身の理論物理学者。 1926年に波動形式の量子力学である「波動力学」を提唱。次いで量子力学の基本方程式であるシュレーディンガー方程式や、1935年にはシュレーディンガーの猫を提唱するなど、量子力学の発展を築き上げたことで名高い。 1933年にイギリスの理論物理学者ポール・ディラックと共に「新形式の原子理論の発見」の業績によりノーベル物理学賞を受賞。1937年にはマックス・プランク・メダルが授与された。 1983年から1997年まで発行されていた1000オーストリア・シリング紙幣に肖像が使用されていた。.

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エヴェレットの多世界解釈

ヴェレットの多世界解釈(エヴェレットのたせかいかいしゃく、many-worlds interpretation; MWI)とは、量子力学の観測問題における解釈の一つである。 プリンストン大学の大学院生であったヒュー・エヴェレット3世が1957年に提唱した定式を元に、によって提唱された。.

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コペンハーゲン解釈

ペンハーゲン解釈(コペンハーゲンかいしゃく)は、量子力学の解釈の一つである。 量子力学の状態は、いくつかの異なる状態の重ね合わせで表現される。このことを、どちらの状態であるとも言及できないと解釈し、観測すると観測値に対応する状態に変化する(波束の収縮が起こる)と解釈する。 「コペンハーゲン解釈」という名称は、デンマークの首都コペンハーゲンにあるボーア研究所から発信されたことに由来する。.

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シュレーディンガーの猫

ュレーディンガーの猫」のイメージ図 シュレーディンガーの猫(シュレーディンガーのねこ、Schrödinger's cat)またはシュレディンガーの猫は、射影公準における収縮がどの段階で起きるのかが明確でないことによって引き起こされる矛盾を示すことを狙いとした思考実験のことである白井仁人, 東克明,森田邦久,渡部鉄兵『量子という謎 量子力学の哲学入門』勁草書房2012年ISBN978-4-326-70075-2 p3-16。.

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シュテルン=ゲルラッハの実験

ュテルン=ゲルラッハの実験(シュテルン=ゲルラッハのじっけん)は1922年にシュテルンと が行った実験である。加熱して蒸発させた銀粒子をビームとして磁界中に通過させると、ビームは2点に分かれることを示した。これは、電子にスピンがあることを示す。 シュテルン=ゲルラッハの実験の模式図.

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スリット

ーバーコートのセンターベント スリット(Slit)とは、切れ目、隙間のこと。 曲げ等の加工の為や光を取り入れる為、換気や放熱(冷却)のための機械工作や、建築においては構造力学で応力を他の部材に伝達しない手段としてスリットを入れる事がある(但し、建築では構造体に使われるものであるのと同様に耐火性能を要求される)。 服飾では、スカートなどの裾に動きやすくするなどの目的で入れる切れ目を指す。チャイナドレスの大きなスリットは、ウマに乗りやすくするために設けられたものだが、今では単なる装飾になっている。.

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写真乾板

写真乾板 写真乾板(しゃしんかんぱん、photographic plate)とは写真術で用いられた感光材料の一種で、写真乳剤(臭化カリウムの溶液と硝酸銀の溶液をゼラチンに加えてできる、光に感光する物質)を無色透明のガラス板に塗布したものである。ガラス乾板(がらすかんぱん)あるいは単に乾板(かんぱん)と呼ばれる場合も多い。.

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上方から入ってきた光の道筋が、散乱によって見えている様子。(米国のアンテロープ・キャニオンにて) 光(ひかり)とは、基本的には、人間の目を刺激して明るさを感じさせるものである。 現代の自然科学の分野では、光を「可視光線」と、異なった名称で呼ぶことも行われている。つまり「光」は電磁波の一種と位置付けつつ説明されており、同分野では「光」という言葉で赤外線・紫外線まで含めて指していることも多い。 光は宗教や、哲学、自然科学、物理などの考察の対象とされている。.

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光子

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勁草書房

株式会社 勁草書房(けいそうしょぼう)は、東京都文京区水道に本社を置く出版社。.

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砂川重信

川 重信(すなかわ しげのぶ、1925年 - 1998年8月7日)は、日本の理論物理学者。大阪大学名誉教授。.

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確率分布

率分布(かくりつぶんぷ, probability distribution)は、確率変数の各々の値に対して、その起こりやすさを記述するものである。日本工業規格では、「確率変数がある値となる確率,又はある集合に属する確率を与える関数」と定義している。.

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粒子と波動の二重性

粒子と波動の二重性(りゅうしとはどうのにじゅうせい、Wave–particle duality)とは、量子論・量子力学における「量子」が、古典的な見方からすると、粒子的な性質と波動的な性質の両方を持つという性質のことである。 光のような物理現象が示す、このような性質への着目は、クリスティアーン・ホイヘンスとアイザック・ニュートンにより光の「本質」についての対立した理論(光の粒子説と光の波動説)が提出された1600年代に遡る。その後19世紀後半以降、アルベルト・アインシュタインやルイ・ド・ブロイらをはじめとする多くの研究によって、光や電子をはじめ、そういった現象を見せる全てのものは、古典的粒子のような性質も古典的波動のような性質も持つ、という「二重性」のある「量子」であると結論付けられた。この現象は、素粒子だけではなく、原子や分子といった複合粒子でも見られる。実際にはマクロサイズの粒子も波動性を持つが、干渉のような波動性に基づく現象を観測するのは、相当する波長の短さのために困難である。.

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真空

真空(しんくう、英語:vacuum)は、物理学の概念で、圧力が大気圧より低い空間状態のこと。意味的には、古典論と量子論で大きく異なる。.

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経路積分

経路積分(けいろせきぶん)あるいは径路積分は、リチャード・P・ファインマンが考案した量子力学の理論手法である。ファインマンの経路積分とも呼ばれる。.

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隠れた変数理論

れた変数理論 (かくれたへんすうりろん、hidden variable theory)とは、量子力学に特徴的な確率的な性質を、実験者が観測できない変数を導入して説明する理論である。 確率的な性質を理由に量子力学が不完全だと主張する少数派の決定論的物理学者に支持されていたが、ベルの不等式の破れの検証後は支持するものがさらに少数となった。 例えば隠れた変数理論の最も有名な支持者アルベルト・アインシュタインの言葉に、「神はサイコロを振らない」というものがある。これはアインシュタインの、完全な物理学理論は決定論的であるべきとの信念の表れであるEinstein, A., Podolsky, B. and Rosen, N. (1935), Phys.

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講談社

株式会社講談社(こうだんしゃ、英称:Kodansha Ltd.)は、日本の総合出版社。創業者の野間清治の一族が経営する同族企業。.

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追試

追試(ついし).

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重ね合わせ

重ね合わせ(かさねあわせ、superposition)は、量子力学の基本的な性質である。.

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量子

量子(りょうし、quantum)は、量子論・量子力学などで顕れてくる、物理量の最小単位である。古典論では物理量は実数で表される連続量だが、量子論では、「量子」と呼ばれるような性質を持った粒子である基本粒子の素粒子に由来するものとして物理量は扱われる。そのため、たとえば電気量は電気素量の整数倍の値しかとらないものとなる。量子には、波のようにもふるまうこともあれば粒子のようにふるまうこともあるという、直感では一見不思議に思われるような性質(「粒子と波動の二重性」)がある(どちらが「本質」か、その「解釈」は、といったような問いは普通は無意味である)。.

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量子力学

量子力学(りょうしりきがく、quantum mechanics)は、一般相対性理論と同じく現代物理学の根幹を成す理論として知られ、主として分子や原子、あるいはそれを構成する電子など、微視的な物理現象を記述する力学である。 量子力学自身は前述のミクロな系における力学を記述する理論だが、取り扱う系をそうしたミクロな系の集まりとして解析することによって、ニュートン力学に代表される古典論では説明が困難であった巨視的な現象についても記述することができる。たとえば量子統計力学はそのような応用例の一つである。従って、生物や宇宙のようなあらゆる自然現象もその記述の対象となり得る。 代表的な量子力学の理論として、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波動力学と、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行列力学がある。ただしこの二つは数学的に等価である。 基礎科学として重要で、現代の様々な科学や技術に必須な分野である。 たとえば科学分野について、太陽表面の黒点が磁石になっている現象は、量子力学によって初めて解明された。 技術分野について、半導体を利用する電子機器の設計など、微細な領域に関するテクノロジーのほとんどは量子力学を基礎として成り立っている。そのため量子力学の適用範囲の広さと現代生活への影響の大きさは非常に大きなものとなっている。一例として、パソコンや携帯電話、レーザーの発振器などは量子力学の応用で開発されている。工学において、電子工学や超伝導は量子力学を基礎として展開している。.

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金属

リウム の結晶。 リチウム。原子番号が一番小さな金属 金属(きんぞく、metal)とは、展性、塑性(延性)に富み機械工作が可能な、電気および熱の良導体であり、金属光沢という特有の光沢を持つ物質の総称である。水銀を例外として常温・常圧状態では透明ではない固体となり、液化状態でも良導体性と光沢性は維持される。 単体で金属の性質を持つ元素を「金属元素」と呼び、金属内部の原子同士は金属結合という陽イオンが自由電子を媒介とする金属結晶状態にある。周期表において、ホウ素、ケイ素、ヒ素、テルル、アスタチン(これらは半金属と呼ばれる)を結ぶ斜めの線より左に位置する元素が金属元素に当たる。異なる金属同士の混合物である合金、ある種の非金属を含む相でも金属様性質を示すものは金属に含まれる。.

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電子

電子(でんし、)とは、宇宙を構成するレプトンに分類される素粒子である。素粒子標準模型では、第一世代の荷電レプトンに位置付けられる。電子は電荷−1、スピンのフェルミ粒子である。記号は e で表される。また、ワインバーグ=サラム理論において弱アイソスピンは−、弱超電荷は−である。.

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電子銃

電子銃(でんしじゅう、Electron-gun,e-gun)とは、固体中の電子を高熱や高電界により空間に放出させ、これを電界により加速すると共に、電子レンズにより電子線をビーム状に収束させて照射する装置。.

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波動

波動(はどう、英語:wave)とは、単に波とも呼ばれ、同じようなパターンが空間を伝播する現象のことである。 海や湖などの水面に生じる波動に関しては波を参照のこと。 量子力学では、物質(粒子)も波動的な性質を持つとされている。.

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教科書

教科書(きょうかしょ、textbook; schoolbook).

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思考実験

思考実験 (しこうじっけん、英 thought experiment、独 Gedankenexperiment)とは、頭の中で想像するだけの実験。科学の基礎原理に反しない限りで、極度に単純・理想化された前提(例えば摩擦のない運動、収差のないレンズなど)により遂行される。.

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