粒子と波動の二重性(量子論)



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今回は、光の二重性について述べようと思います。まずは「光」とは何か?そこから述べようと思います。

アインシュタインの光量子仮説

光は1905年にアインシュタインが光量子仮説の論文でノーベル賞を受賞するまで、波として振る舞うと思われていました。しかしアインシュタインは、「光は粒(粒子)としても振る舞う」と仮定し、光電効果を証明しました。

光電効果とは、金属に光が当たったときに、電子を外へ放出(叩き出す)現象。「波」では、固体から電子が放出される理由を証明できなかったのですが、さすがアインシュタインです。

ならば、逆はどうか?

波→粒子の証明はうまくいったけど、「粒子は波として振る舞うのか?」と言う疑問は残ったままです。

しかしこの疑問も、ある有名な実験で証明されました。それは「二重スリット実験」です。
以下に実験の概要図を示します。

光源から放たれた光は、平行スリットを通って、干渉しあうので、明暗の干渉模様がスクリーン上に映し出されます。

ここで光を弱めて光子が一つだけ、平行スリットの間を通過するようにします。放たれた光子はどちらか一方のスリットを通過するので、干渉模様が消えると考えられます。

けど、現実は甘くなかった。

単一の光子はスクリーン上に一点映し出されるのですが、何度も放射し、点の位置を記録すると、スクリーンには光を弱める前(上述した干渉模様を作った時)と同様、干渉模様が表れる。

「粒」だけじゃ物足らず、「波」としても振る舞いたいんじゃ!というのを実験的に証明したのが二重スリット実験であり、これのおかげで光は「粒としても波としても同時に振る舞う」ということが証明されました。



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投稿者:

中村 俊

中村 俊

1993/09/04生まれ。機械系大学院を休学し、ベンチャーでインターンしている最中。直近では、デカルトの「方法序説」に感銘を受けた。 趣味:読書、web開発の勉強、異分野の論文読んだり、記事書いたり。 最終的には経営者か研究者になりたい。

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