光は波ですか、それとも粒子ですか?

光のビームは、波長を持っていると説明されることがよくありますが、光子と呼ばれる粒子で構成されているとも説明されています。 光は、波と粒子の両方として説明できるという点でユニークです。 ただし、理由は不明ですが、光を波動と粒子の両方として同時に観測することはできません。 どちらか一方としてしか見ることができません。 波動と粒子の両方の光はどのように正確ですか?

二重スリット実験

二重スリット実験とその結果の波干渉の視覚的説明

物理学者は何年もの間、光が粒子なのか波動なのかを議論してきました。 アイザック・ニュートンは、光は粒子で構成されていると主張していましたが、当時の著名な科学者たちは、光は波であると主張していました。 1801年、物理学者のトーマス・ヤングは、光が粒子なのか波動なのかを決定するために二重スリット実験を行いました。 二重スリット実験は、科学史上最も有名な実験の 1 つであり、ほとんどの科学者は光が波であると結論付けました。

二重スリットの実験はとても簡単です。 ヤングは、2 つのスリットを含むパネルをセットアップし、スリットの後ろに検出器を配置しました。 そして、二重スリットから一筋の光を放った。 光が実際に波である場合、二重スリットを通過する光のビームは、波の干渉と呼ばれるパターンを生成します。 波の干渉パターンは、波が山と谷を持っているという事実の結果です。 パターン自体は、光のバーを区切る線があるように見えます。 光の棒は波の山で、暗い線は谷です。 トーマス・ヤングが 1801 年に二重スリット実験を行ったとき、光ビームは波の干渉パターンを生成し、物理学者は光は粒子ではなく波であると結論付けました。

粒子と波

光電効果光子が電子に衝突して変位する光電効果の可視化

ほとんどの科学者は、二重スリット実験の後、光は粒子ではなく波であると結論付けましたが、話はまだ終わっていませんでした. 20 世紀初頭、量子力学の発見により、宇宙に対する私たちの理解は史上最大の変化を経験しました。 物理学のまったく新しい領域が開かれ、新しい理論が光が粒子で構成されているという考えを再検討し始めました。

1905 年、アルバータ アインシュタインは光電効果を提案しました。 基本的に、このモデルは、光線が物体上の個々の電子をどのように変位させるかを説明しました。 たとえば、光線が表面に当たると、その光のエネルギーによって電子が表面から飛び出し、放出されます。 しかし、光が実際に波である場合、これは起こり得ません。 むしろ、アインシュタインは、後に光子と呼ばれる光の個々の粒子が電子に衝突し、それらを置き換えているに違いないことを発見しました。 アインシュタインは、光が同時に波動と粒子の両方の振る舞いをしていることを発見しました。 この発見は、波と粒子の二重性として知られるようになりました。

光は両方として見られていますか?

光の波動と粒子の二重性は、私たちの宇宙で最も奇妙なことの 1 つです。 光は粒子と波の両方として見られてきましたが、同時に両方として見られたことはありません。 両方を試してみようと考案されたすべての実験は、どちらか一方をもたらしました. 科学者がどれだけ努力しても、光は実験に応じて波動または粒子からその振る舞いを変えるだけです。 なぜそうなるのかは、現代物理学の最大の謎の 1 つです。