図のような干渉模様は光の回折と干渉によって生じたものと考えることができます。二重スリットの実験は光が波のように進むことを示しました.ただし、干渉模様は「光の波の姿」を表すわけではありません。光が持つ波っぽい性質を示すものです。して電子は粒子であると考えられていたの?電子は分割できない電荷を持つ実体であることが見つかったからです[3]。Cの整数倍であることが示されました。いう最小の単位があり、その電荷を担う実体が電子であると結論されました。数えることができます[4]。含まれる」と言うことができます。個分の電荷を持つことはあり得ません。電子はそれ以上分割できないのです。持つ塊であることを示しました.このミリカンの油滴実験において、「電子の粒子としての姿」が見えたわけではないことに注意!電子が丸っこい粒だとは一言も言っていません。「電子が一定量の電荷を持つ塊であること」が示されただけです。波と粒子の違いはなに?波は空間を伝わる現象です。波が進むときには回折や干渉を起こすことができます。粒子は空間中に存在する実体です。粒子は実体なので、存在を数えることができます。このように言われると、「波動-粒子二重性」がいかに奇妙なお話であるかがわかります。いうわけで、長らくお待たせしましたがお膳立てが整ったので本題に入りましょう。つの特徴があることが確かめられました。照射する光の振動数が一定以上に大きくなければ、光電効果は観察されない。光の強度は光電効果の可否に無関係である。電子の運動エネルギーは光の振動数にのみ比例する。単位時間に飛び出す電子の数は、光の強度に比例する。二乗に比例する」という物理の法則に反するからです。光が一般的な波であれば、光の強度の強くすれば光が運ぶエネルギーは大きくなります。光を長時間照射すればエネルギーを蓄積できるとも考えられます。したがって、光の強度や照射時間を変更することで光電効果を起こせそうな気がします。光電効果の条件は光の振動数のみでした。光の振動数が一定値に達していなければ、光の強度がどれだけ強くても、どれだけ長時間照射しても無駄でした。このことは光が波であると考えると説明できません。して光電効果の結果が、光の粒子性につながるの?光電効果は光の粒(光子)と電子の衝突によって引き起こされると説明できるからです。詳しく解説しましょう。光の長時間照射によるエネルギーの蓄積が不可能であったことは、なんらかの瞬間的な出来事によって光電効果が引き起こされたことを暗示しています。力学の世界では、瞬間的に粒子の運動が変化するできごとを「衝突」と表現します。言葉の綾かもしれませんが、光という実体が確かに存在する気がします。そこで、光が実体を持つ塊であると考えてみます。それを光子と呼ぶことにしましょう。光子が電子と衝突すると、電子にエネルギーを与えます。電子が原子核からのクーロン引力に打ち勝って飛び出るためには、電子は十分なエネルギーを光子から受け取る必要があると考えられます。そのため、光電効果が起こるには、光の振動数が一定以上大きくなければなりません。電子がクーロン力に打ち勝ってもなお余りあるエネルギーは、電子の運動エネルギーに充てられます。このことは、光の振動数に比例して、電子の運動エネルギーも多くなったことを説明できます。光電子の数が光の強度に比例したことから、光の強度は光と電子の衝突回数に対応していたと考えられます。見方を変えると、飛び出した電子の数と同じ数の光子が金属にぶつかっていたことになります。したがって飛び出た電子の個数を通じて、私たちは間接的に光子の個数を数えることが許されました。光の粒としての姿を見たわけではありませんが、光が粒子的な性格を持つことは否めません。電子の波動性はどのように示されたの?金属表面に電子線を当てると、電子が跳ね返る角度によって強弱の差が現れました。この現象は電子線回折と呼ばれています[7]。特定の方向に多くの電子が散乱することが確かめられました.どうして縞模様のパターンが波動性につながるの?電子線回折の実験で見られた縞模様は電子が干渉しながら空間中を伝わってできたと考えられるからです。詳しく説明しましょう。結晶は原子が規則正しく配列したものです。そこに電子線を当てると、一層目の原子にぶつかって散乱する電子もあれば二層目の原子にぶつかって散乱する電子もあると考えられます。その結果、異なる原子層で散乱した電子の回折波が干渉しあいます。このとき回折波が強め合う点を結ぶと、特定の方向に並ぶことがわかります。そのため、到達点での強弱のパターンは、電子が波動的な性質を持つことを暗示するのです。電子は波のように薄く広がりながら空間を伝わっているのですか?そういうわけではありません。そのことを示す興味深い実験として、電子を用いた二重スリット実験があります[8]。おおまかな原理は、光の波動性を示すための二重スリット実験と同じです。もつ壁に電子を1つずつ打ち込みます。つの実体であって、分裂したり薄く広がったりしているわけではないことを示しています。驚くべきことに、いくつも電子を打ち込んでいくと到達点に明暗の干渉縞が現れます。つを見ると粒子っぽい実体として検出されるにもかかわらず、気づけば波動っぽさが観測されるのです。何度見ても不思議です。まとめ光および電子の波動性と粒子性を証明したとされている実験を見てきましたが、いずれの実験でも光の粒や電子の波を直接見たわけではありません。光や電子によって作られた干渉模様は、それらの波動的な性格を示唆しています。光や電子の実体を数えられることは、それらの粒子的な性格を暗示しています。これらの結果を最も謙虚な姿勢でまとめると、「光や電子は波でもないし粒子でもない」となるかもしれません。これを理解するために量子力学という分野が発展したわけです。方程式や波動関数として統合することになります。日立製作所より特別に許可を得て掲載させていただきました。ありがとうございました。pp41–60.電子を数えられることは、英文法的に重要です。可算名詞であることは、粒子っぽい姿を連想させる効果があるのかもしれませんね。一方で「波動を数えることはできないのか?」と聞かれると答えるのが難しいです。英文法的には波は可算名詞です。波について実際に数えられるのはいわゆるピークの数です。つの数式でそれらのピークのパターンを記述できます。同時に、あらゆる波動は特定の波長の関数の重ね合わせとして表せます。したがって一見すると一つのピークを持つ波であっても、それを数学的に表すと多数の波動から出来ていると言えます。波動現象を数えることは不適切なような気がします。最新の記事やぶPhD候補生の候補生として無機材料を研究しています。見て育った学生として、このコミュニティをより盛り上げていきたいです。(名前をクリックするとリンクが繋がります)。ケムステ記事にはならないような些細なことを不定期につぶやきます。2019年12月2日ハラスメントから自分を守るために。裕貴さんにお願いしました。第49回の海外化学者インタビューは、エンジェル・カイファー教授です。第48回の海外化学者インタビューは、エリック・セリー博士です。TweetsケムステFacebookケムステFacebookChem-Station(略称:ケムステ)はウェブに混在する化学情報を集約し、それを整理、提供する、国内最大の化学ポータルサイトです。名超の有志スタッフを擁する体制で運営しています。