波と粒子
原子っていうものが
プラスの成分のなにかと
マイナスの成分の電子とで
出来ているんじゃないかって
皆が思い出したころと並行（少し前かな）して
光の研究も進んでいたんだね
有名なところでは光電効果
光が金属にぶち当たると
電子が放出されたり
電流が流れたりする現象のこと
その前から実験で
確かめられていたんだけど
それに理屈を付けたのが
アインシュタインさん
このあたりで光って
波だって思われていたけど
粒子の成分もあるんじゃない？
ってことになってくる
まだ その時には
光も粒子であるってことじゃなくて
なんか粒子の性質も
あるみたいだねっ てことに
なっていたそうだ
光電効果の論文で
アインシュタインさんは
光子という名前は
使っていないんだよ
光量子って言い方で
お茶を濁しているんだよね
日本語訳だと
光量子も光子も
『量』って文字があるか無いかだけで
それほど違いを
感じないかもしれないけど
本文の英語で書くと
光子はphoton
光量子はlight quantum ってことになる
photonって書くとそれは
あきらかに粒子という
『物』だってことになるけど
light quantumになると
それは波でも粒でもある
『なにか』ってことに
なっちゃうだよね
たぶん量子って言葉は
その『なにか』を表していて
粒々を指し示しているつもりじゃ
無かったんだと思うよ
不連続な世界
物を細かく切り刻んでいくと
最終的にはそれ以上分割できない
最小単位ってものがありそうだってことが
なんとなく物理学の世界では
当たり前のように
受け入れられるようになってきた
たしかに まだ研究は続けられているし
原子が最小か？ って言えば
いやまだ小さくできるはずなんだ
そして 核子や電子が最小か？ ってところでも
もしかするとまだ分割できるんじゃないかって
日々研究はされている
（もっともこのあたりのことは
素粒子のはなしにも
なってくるんだよね。
知識としては興味はあるけど
素粒子まで踏み込んでも
ぼくの知りたいところとは
繋がるかどうかは
すこし疑問なんだ）
物の最小単位の研究が
進んでいくと同じように
光の研究も進んでいった
光が波か粒かって論争も
あったみたいだけど
どうやら光ってものは
波の性質と粒の性質を
どちらをも持っている存在じゃないかって
今のところ考えられるようになったってこと
そして光は人間の視覚に捉えられる
波長（可視光線）の
『電磁波』だってことも
わかってきているみたいなんだ
イメージでしかないけど
物っていうのは
1個2個って数えられる
デジタルの存在のような気がするんだ
猫が一匹猫が二匹ってことはあるけど
猫が1.5匹とか5.234匹って
考えにくいじゃない
一方波を考えてみようよ
これってあきらかに
アナログの存在だと思えないかな
たとえば 海の波
高いところから低いところまで
なだらかに繋がっているように
見えると思うんだ
階段みたいにガタガタな
波形を描いているようには
見えないんだよね
たしかに波は状態（現象）を表す形態だから
その波形は連続系になるはずだし
物は実体とされているんだから
その姿は不連続なものとなる
と ここまでは納得しそう
でも、光が粒子性を持つってことになると
電磁波自体が不連続なものって
ことになっちゃわないかな
波（電磁波でもいいけど）も
一個二個で数えられるって
想像しにくいけど
理屈上はそうなっちゃうんだよね
と いうことは
電磁波の最小単位ってものも
あるんじゃないだろうか
ってことになっちゃう
ひょっとすると
波だってデジタルなんじゃない？
ってことになってきたってこと
ではそれ以外のものは？
とうぜん起きてくる疑問
たとえば『エネルギー』は
デジタル？ アナログ？
飛び飛びのエネルギー
エネルギーの研究も
昔からされていた
『黒体放射』って
前にも書いたけど
おそろしく簡単に書けば
他からの光を反射するんじゃなくて
自分のエネルギー分の
光を自ら放出するって
現象のことだね
（興味のある人は調べてみて）
黒体の中の光のエネルギーが
上がれば上がるほど
波長の短い光が出てくるって現象で
黒体が発する電磁波の波長で
その温度がわかるって言われている
常温では黒
１０００℃以上で赤
温度が上がるとだんだん
波長の短い光を出すようになって
６０００℃くらいになると
青い光になるそうだ
もっともこのときには
可視光線の全ての波長が出てくるから
黒体は白く見えるってことらしいけど
これは実験で事実として
データが出て来ているものだよ
では そのデータを
数学的な関数で表そうとした結果
（幾何学を代数学で表現しようとしたってことかな）
幾つかの試行錯誤の上で
実験に合う式が出来上がったんだ
式が先にできて
それを説明する理論が
後追いで研究されたという
すこしイレギュラーな形だったけど
この式が無限等比級数に
（単純に言えば一つの数に
一定の数を次々に掛けていってできる数列が
延々と続く数列ってことかな）
なっていることが
わかっちゃったんだね
一応かかわった有名な人を上げておくと
ヴィーンさんやレーリーさん
そして最終的に
正しいとされる『式』を見つけたのが
あの有名な
プランクさんってところなんだ
問題は この無限等比級数ってところ
無限等比級数ってことは
光の強さはその振動数(v)の関数としたときに
無限等比数列の和（無限等比級数）に
なるってことなんだよ
ややこしい書き方をしてるけど
エネルギーの最小単位を決めれば
すべてのエネルギーを
最小単位エネルギー×整数（1とか2とか3だね）で
表すことができるってことなんだね
ようするに エネルギーもある意味
粒々だってことになっちゃうってこと
プランクさんはこのエネルギーの最小単位を
表すのに振動数(v)×『なにか』ってことで
『なにか』に
(h)って記号を与えたんだ
だから この(h)は
プランク定数って呼ばれている
（前にもプランク定数はなんども出て来たよ）
結論として
光のエネルギー（電磁波のエネルギー）は
(hv)の整数倍のエネルギーしか
とれないってことを
証明しちゃったってこと
これで物も波も
エネルギーまで粒々（デジタル）
だってことになってきちゃった
まだある粒々
物も波もエネルギーも
最小単位の整数倍
つまりレゴブロックを
くっつけたようなものだって
考えられ始めたんだよ
ここでまたはなしが横道に入るけど
スペクトルって覚えているかな
これはいろいろな使い方をされるから
誤解を招くけど
今回は分光スペクトル
『虹』の色分けみたいな感じで
考えてもらえたらいいと思うよ
光（電磁波）の振動数によって
色が変わっちゃうっていう現象のこと
黒体放射される水素原子の
スペクトルを研究していた
パルマーさんっていう人が
あらゆる振動数の光が
まんべんなく存在しているんじゃないってことを
見つけちゃった
そして そのスペクトルを分析していくと
水素原子から飛び出してくる
光の振動数の数列が
一定の法則を持っていることが
わかっちゃったんだ
水素原子から飛び出す光の振動数が
すべて整数倍で表せることのできる
式が出来ちゃったんだね
ラザフォードさんの
原子模型を覚えている？
原子核の周りを電子が回っているという
惑星モデル
どうやって電子が原子核の周りを
回っているのかってことの答えは
電子と原子核のクーロン力（電気の力だね）と
電子の遠心力で
つりあっているからってことになっている
でも 少し疑問もあるんだよ
このモデルだと 電子のとる軌道は
電子のスピード（遠心力だね）しだいで
自由にその軌道を
変えられるってことになるよね
軌道の大きさがアナログってこと
これらのはなしをまとめると
おかしなことが出てくる
水素の軌道がアナログのように
連続した大きさを持つとするならば
黒体放射で捕まえることのできる
スペクトルもまた
連続した（アナログ）値を
とるはずなんだ
これらの これまでアナログだとして
考えられていた
波・粒子・エネルギー・原子の軌道なんかが
じつはデジタル（不連続）なんじゃないか
ってことが 実験結果として
見つかったのが
1897年から1924年という
たかだか25年ほどの間だったんだね
この1900年を挟んだ時代が
本来の意味で量子論の
黎明期だったのかもしれないんだ
