波動粒子双対性 - 定義

光は波にも粒子にもなる

アルフレッド・パシエカ/科学写真図書館/ゲッティイメージズ

波動と粒子の二重性は、 光子 波動と粒子の両方の性質を示す亜原子粒子。波と粒子の二重性は、古典力学で機能する「波」と「粒子」の概念が、 量子 オブジェクト。光の二重性は、1905 年以降、アルバート アインシュタインが光を粒子の性質を示す光子で説明し、光が波の場として機能する特殊相対性理論に関する有名な論文を発表したときに受け入れられるようになりました。

波動粒子二重性を示す粒子

波と粒子の二重性は、光子 (光)、素粒子、原子、分子で実証されています。しかし、分子などの大きな粒子の波動特性は波長が非常に短く、検出と測定が困難です。巨視的な実体の振る舞いを記述するには、一般に古典力学で十分です。

波動粒子二重性の証拠

多数の実験で波と粒子の二重性が検証されていますが、光が波と粒子のどちらで構成されているかについての議論に終止符を打った特定の初期の実験がいくつかあります。

光電効果 - 光は粒子として振る舞う

の光電効果光を当てると金属が電子を放出する現象。の振る舞い 光電子 古典電磁気学では説明できません。 Heinrich Hertz は、電極に紫外光を当てると、電気火花を作る能力が高まることに注目しました (1887 年)。アインシュタイン (1905) は、離散量子化パケットで運ばれる光から生じる光電効果を説明しました。ロバート ミリカンの実験 (1921 年) はアインシュタインの記述を確認し、アインシュタインは 1921 年に「光電効果の法則の発見」でノーベル賞を受賞し、ミリカンは 1923 年に「電気の素電荷に関する研究」でノーベル賞を受賞しました。光電効果について」。

Davisson-Germer の実験 - 光は波として振る舞う

Davisson-Germer の実験は、deBroglie 仮説を確認し、量子力学の定式化の基礎となりました。この実験では、基本的にブラッグの回折法則が粒子に適用されました。実験用の真空装置は、加熱されたワイヤ フィラメントの表面から散乱され、ニッケル金属表面に衝突した電子エネルギーを測定しました。電子ビームを回転させて、散乱電子に対する角度の変化の影響を測定することができます。研究者は、散乱ビームの強度が特定の角度でピークに達することを発見しました。これは波の挙動を示しており、ブラッグの法則をニッケルの結晶格子間隔に適用することで説明できます。

トーマス・ヤングの二重スリット実験

ヤングの二重スリット実験は、波動と粒子の二重性を使用して説明できます。放出された光は、電磁波として光源から遠ざかります。スリットに遭遇すると、波はスリットを通過し、重なり合う 2 つの波面に分割されます。画面に衝突した瞬間、波動場は単一の点に「崩壊」し、光子になります。