光は粒であり波である|ウィーン公式とレイリー・ジーンズ公式


光は粒であり波である|量子論最大の命題

光粒波光は粒であり波であるについてこの記事をご覧いただきありがとうございます。

いい芝居してますね!サイト管理人の甲塚誓ノ介でございます。

この記事では量子論を語るうえで欠かせない光は粒なのか?波なのか?という内容についてを

  • 光は粒であり波である|レイリー卿ジェームズジーンズの主張
  • 光は粒であり波である|粒子なのか?波動なのか?
  • 光は粒であり波である|併せ持つ2つの性質が量子論の特徴

以上の項目に沿ってご紹介させて頂きます。

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光は粒であり波である|レイリー卿ジェームズジーンズの主張

光粒波

光は粒ではないという主張

前回の量子論の記事でご紹介させて頂いた、ウィーンの公式では、光の周波数が高いとき(青色のとき)は成立し、光の周波数が低いとき(赤色のとき)は成立しませんでした。

それは、ウィーンが

『光の正体は粒である』

という風に、粒限定で考えてしまったからなのです。

そこで、光を波動、つまり波としてとらえ考えたのが、2人のイギリスの物理学者、レイリー卿とジェームズ・ジーンズでした。

2人によって考案されたのが、1900年のレイリー・ジーンズ公式なのです。

レイリー・ジーンズ公式では、黒体放射を扱う点では、ウィーンの公式と同じです。

エネルギーの放射は、光の周波数の2乗に比例することを表しています。

当時の常識であった、【光は波である】という考えにもとづいている、当時はスムーズに受け入れられたようです。

しかし、レイリー・ジーンズの公式にも問題がありました。

光の周波数が低いときは、実験結果と一致しますが、周波数が高いとき(青色のとき)はズレが生じてしまうのです。

ウィーンの法則とは、逆のパターンなのです。

光は粒であり波である|粒子なのか?波動なのか?

光粒波

波でもあり粒でもある?

この時、量子論最大の命題である

【光は粒子なのか?波動なのか?】

という疑問が出てきたのでした。

ウィーンの公式が成立する周波数が高い光は、粒の性質をもっており、レイリー・ジーンズの公式が成立する周波数が低い光は波の性質をもっているという事になるのです。

周波数が違うとはいえ、同じ光が正反対の性質を示すなんて、そんな事があり得るのでしょうか?

光は粒であり波である|併せ持つ2つの性質が量子論の特徴

光粒波

併せ持つ2つの性質が量子論の特徴

何とも不思議な結論にたどり着くのですが、結論は

【光は、粒の性質と波の性質を併せ持っている】

ということになるのです。

量子論面白いですよね!

この結論にどっちつかずで釈然としない方もいらっしゃると思いますが、私はこの理論が量子論の興味が尽きない部分の1つであると思っております。

これが量子論1番の特徴でもありますしね。

結論を言ってしまえば、簡単なのですが、この当時は当たり前ですが大論争が起きていたそうです。

当時の権威はニュートン力学とマスクウェルが確立した電磁気学でした。

電磁気学では、光は波であるという結論が出ていましたが、それでは説明のつかない現象もあり、物理学者たちは大いに頭を悩ませていたのでした。

次回はこの世の最小の単位に量子論の創始者のお話をさせていただく予定です。

この記事でのご紹介は以上になります。

最後まで記事をご覧いただきましてありがとうございました。

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