[A.1] 光と電子の波動性と粒子性:アインシュタイン-ド・ブロイの関係
ミクロな対象は日常の常識を越えている.
[1] 光は波であるが,また粒子でもある.
光は波(電磁波=電磁界の振動が空間を伝わる波)である. せっけん膜が色づいて見えるのは,光の干渉のためである.回折干渉は波であることの証拠. ヤングは,光が回折し干渉することを実験で示し,光が波であることを初めて確かめた.(1801年)
ヤングの実験 レーザー光をスリットS1,S2にあると, S1,S2を通った回折光が干渉し,適当な位置にスクリーンを置くと,明暗の干渉じまが 見られる.
光は粒子である. 光電効果(金属に光を当てると,電子が飛び出してくる現象.光センサー等に利用される.) の実験結果は光を粒子(光子とよぶ)とみなければ説明できない.(アインシュタイン 1905年)
アインシュタインの関係
光は空間を振動数 ν (ニュー),波長 λ (ラムダー) の 波として伝わり,物質によって放出,吸収されるときには,
エネルギー  ε = hν,  運動量  p = h/λ       
光子(光の粒子)の集まりとしてふるまう. ここで,h はプランク定数といい,
h = 6.63×10-34 J·s       
の値をもつ. 波としての振動数 ν,波長 λ と粒子としてのエネルギー ε, 運動量 p を結びつける重要な関係である.
[2] 電子は粒子であるが,また波でもある.
電子は粒子である,と普通には思っている.ブラウン管の中を走る電子は粒子のように運動している. 一定の質量と負電荷をもち,ニュートンの運動方程式に従った軌道を描く.
電子は波である. 電子の流れ(電子線)を結晶に当てると,回折を起こし干渉を示す.おや,電子は波なのか?
ド・ブロイの関係
エネルギー ε,運動量 p の電子は,
振動数 ν = ε/h,  波長 λ = h/p       
の波のようにふるまう. このような波を,電子の場合は電子波,一般には物質波という.
アインシュタインの関係とド・ブロイの関係は結局のところ同じ関係であるから, まとめて アインシュタイン-ド・ブロイの関係とよぶ.この関係は光と電子だけでなく, 陽子,中性子 そのほかすべてのミクロな対象に対して成り立つ. それにしても,この波動と粒子の二重性をどのように理解したらよいのだろうか.
[ A.1 ] の終