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光の本質とは?

親の還暦祝いをやろうと思ったら、62歳でした。

「いや~、若いから」と言っておきました。

さて、本題です。

今日は、「最新トピックス」といっておきながら、あえて古い記事を。雑誌パリティ,Vol. 08 No.08 1993-03, pp.75-77から。以下、最初の部分だけ引用します。

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投稿:光の粒子性の証拠

    霜田光一

内外のたいていの物理の教科書には、光の干渉・回折・偏光などは光が波動性を示す現象であり、光電効果・コンプトン効果などは光が粒子性を表す現象である、と書かれている。そして、大部分の物理学者も量子力学を学ぶ学生も、光電効果とコンプトン効果を説明するためには、電磁場を量子化して光量子すなわち光子を考えなければならないと信じている。光電効果もコンプトン効果も光を波と考えたのでは理解出来ないので、これらの効果は光が粒子性を持つことの証拠とされている。
 しかし、これは物理教育における"迷信"のようなものである。光電効果やコンプトン効果は、光が古典的な電磁波であると考えたのでは説明できないと思い込むのは正しくない。自然科学においては99%の人々に信じられているからといって、それが真理とは言えない。
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光は波でもあるし、粒子であるともいえるという、いわゆる二重性のお話です。高校の物理の教科書にはたしか出てきたと思います。大昔から知られている非常に基本的な事です。確かに、高校では干渉や回折などは光の波としての性質を示す現象としてまず最初に勉強して、その後の章で金属面に光をあてると電子が飛び出す現象である光電効果や、X線が電子と弾性衝突したときに方向とエネルギーが変わるコンプトン効果を、「光子」という光の粒子を持ち出して説明するという流れだったと思います。

ところが、光電効果やコンプトン効果は光を波と考えても実は説明できる、波として考えたら説明できないという風に教えるのはおかしい、というのが本文の趣旨です。もっとも、説明の内容を見ると、これを高校生に教えるのは酷だろうなと思いますが。ただ、この文献にしろ他の文献にしろ、決して霜田先生が光の粒子性を否定しているわけでは無いと思います。波じゃなきゃ説明できないとか、粒子じゃなきゃ説明できないというのがおかしいという趣旨だと思います。

正直に言って、私は少し前まで、説明がつくならどうでもいいんじゃないかと思っていたんですけど、実はそうでもないんじゃないかと最近思い始めてます。どうも、波動性を抜きにして粒子性だけに着目すると、見えないものもかなりあるような気がするんです。レーザーの発振原理のようなちょっと難しい話を持ち出すと、媒質に光が照射されると誘導放出によって光子を放出して、光が増幅されていくということでザックリと説明がつくんですけど、なんで誘導放出した光子が元の光と同じ方向に飛んでいくのかとか、説明されずに何気なくスルーされてしまう部分も多いと思うんです。粒子性からも説明がつくんだとは思うんですけど、私にはよくわかりません。

「光子とは光の本質を知らない人が使う隠れ蓑のようなものだ」とはラムの言葉らしいですが、わたしも、隠れ蓑とも知らずにかぶり続けて来ちゃったかなあと思う今日この頃です。

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バラッくま

Author:バラッくま
色々あったのち東京深川在住の科学技術系の研究者。
クマに似ている。最近はカピバラにも似ている。
専門: 量子エレクトロニクスなど。
休みのときは、(有休を取ってまでして)落語、スキューバダイビング、スポーツ観戦(相撲など。両国が近いのでうれしい。)、音楽鑑賞などを少しずつ。

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