波動と粒子の二重性

質問

原子について勉強していたら、
「電子は波動と粒子の二重性があるため、
粒子としての電子の場所は特定できず、
その確率分布を表わしたものが電子雲である」
というような内容の文章を見つけました。

「波動と粒子の二重性」ってなんですか？
ＩＥで検索したのですが、どれも難しくてよくわからないのです…
高校1年生が理解できるように簡単に説明してください。
よろしくお願いします。

回答No.1

x530 · ベストアンサー

ご質問者様が一匹の猫を、室内で放し飼いで飼っているとします。
部屋の真ん中にはテーブルがあるとします。

ご質問者様が学校で授業中に、猫は部屋の中にいることは断定出来ます。
しかし、部屋のどこにいるかは分かりません。

原子をテーブルだと仮定すると、原子の周りに存在する電子の考え方は、部屋の中の猫が電子だと考えられます。
確率的には、部屋の中の、餌場や水飲み場、お気に入りの場所にいる可能性は高い。
だけど、可能性だけの話で、ご質問者様が学校の３時間目の授業開始時に、絶対に餌場に居るとは断定出来ない。
このテーブルと猫の居場所の時系列の関係が、原子の周りにある電子の関係です。
原子の周りの電子を、テーブルの周りの猫のイメージで説明してみました。

お礼

すごくわかりやすいです!
ありがとうございました。

回答No.2

sekisei

こんばんは。

「波動と粒子の二重性」
質問者様も電子というと小さな点状で分割できない粒子のイメージは持たれていると思います。
これが粒子性になります。
質問者様が挙げられた「電子は・・・電子雲である」が波動性を表現したものです。
波のイメージと雲のイメージは合わないとは思いますが、どちらも点ではなくもやもやと分布していて明確な輪郭もなくて2つに分裂さえする波動性を表現しています。

二重性があるという事ですから電子は分割不可能な粒子性と、分割可能な波動性を併せて持っているという事になります。
二重性という表現が伝えたいのはこの全く矛盾した性質を併せ持っているという事があります。

すでに授業で二重スリットの実験を学ばれているとして実例を挙げます。
光を使った二重スリットの実験では光が２つのスリットを通過した後、両スリットを通った光がお互いに干渉して後方のスクリーンに縞模様ができます。
これは光は電磁波ですから（厳密にはこの言い方はまずいのですが・・）電磁波としての光の波が２つのスリットを両方通過した後で波が干渉したと納得できます。

この光を電子に変えても同じように干渉の縞ができる事が実験で確かめられています。
干渉縞が出来るには二重スリットの両方を通過して波が干渉しないと出来ませんから、この場合波動性を持って２つのスリットの両方を通過したとしか考えられません。

これは電子を一個ずつ出して行われた実験で、２個の電子がそれぞれスリットを通過したのでは？という懸念を否定した条件で行われています。

参考URL：

http://www.hitachihyoron.com/frontline/pdf/frontline_06.pdf#search='外村 電子 二重スリット'