• ベストアンサー
  • 暇なときにでも

電子や光子の波動性と粒子性について

こんにちは、王次郎です ”光の物理”(小林浩一 著,東京大学出版会)p.35には、光の粒子性と波動性に関して以下の様に紹介されています。 『光の行動は、観測されるまでは空間に広がった波動、つまり電磁波の立場で考えなければならないし、観測されてはじめて、光は粒子、つまり光子としての顔を見せることになる。(中略)光が原子や電子あるいは一般には物質と出会い、エネルギーを交換するときには、光は粒子のように行動し、それ以外のときには波動のように振る舞うといってよいだろう。』 量子力学では、例えば電子の波動関数は、電場や磁場などの物理的な存在ではなく、状態(可能性)として空間に広がって存在しているとされていたと思います。光の波動性が、電磁場としての物理的な存在であるのに対して、電子などの粒子の波動性は波動関数で計算される状態の波であるとすると、電子や粒子の波動性と光の波動性は別物なのでしょうか? それから、光もシュレーディンガー方程式で波動関数が計算できるのでしょうか?

共感・応援の気持ちを伝えよう!

  • 回答数2
  • 閲覧数309
  • ありがとう数8

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • 回答No.1

当たり前ですが光子は光の速さで飛んでますので,非相対論的なシュレーディンガー方程式ではなく相対論的なクライン=ゴルドン方程式にしたがいます。 クライン=ゴルドン方程式 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AF%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%B3-%E3%82%B4%E3%83%AB%E3%83%89%E3%83%B3%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F これは自由粒子の相対論的エネルギーの式 E = √[ (mc^2)^2 + (pc)^2 ] を二乗して,Eとpを演算子に置き換えて波動関数に作用させることで導かれます。光子は質量が0なので,最終的には,なんのことはない,普通の波動方程式になります。 このときの波動関数と現実に観測される電場の関係がどうなっているかはは知りません。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

ご回答まことにありがとうございます しかし、一体全体どうなってるのやら、 電子の波動関数では波は「可能性」であり観測すると収束するが、 光の場合は物理的な「電場と磁場」の波なのか??? しかも電子の場合は複素数の位相が波打っているが(回転してるが)、 光の場合は「電場と磁場」の大きさが波打っていて縦波と横波がある?? いったい何なんだよ?? 辻褄あうのかね??

その他の回答 (1)

  • 回答No.2
noname#221368
noname#221368

 場の第二量子化という面倒な方法を使うと(自分はできませんが(^^;))、#1さんの仰るクライン=ゴルドン方程式なんかを経由して、けっきょくマックスウェルの電磁場方程式が、光子に対するシュレーディンガー方程式になるという話を聞いたことがあります。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

関連するQ&A

  • 波動と粒子

    私は無線工学が専門なのですが、最近量子力学の勉強を始めたのですがここで疑問が有ります。 光の項目で光が波動と粒子の二面性を持っているという事です。 波動と言うのは光の伝播について、粒子は光が物質と作用した時のもので二面性は状況による解釈の違いと考えています。 そこで疑問なのですが、 1,粒子(光子)は陽子、電子のような物質と考えるのかそれとも一定の空間内に存在する全エネルギーと考えるのか、どちらでしょうか? 2,光も電波も電磁波ですが電波には粒子と言う考え方は存在しません。 この原因は何でしょうか? 以上二点について皆さんのお考えを頂ければ嬉しいです。 宜しくお願い致します。

  • 電子軌道と波動関数

    原子の中での電子の軌道がどのような形になっているか、電子の存在確率が高い領域の形を描き、その波動関数の振幅の正負も示せ という問題を解いています。 形は描けるのですが、 「波動関数の振幅の正負」がわかりません。 波動関数そのものについてもよくわかっていない状態です。 教えてください。 よろしくお願いいたします。

  • 光の粒子性と波動性

    光は波動性に基づく動きをしているように考えられていたが、 実はごく弱い光を観測してみると粒子性を持った動きをする とありました。 どういう意味ですか? 教えてください。

  • 光の波動性&粒子性について。

    光の波動性&粒子性について。 光が「光子」という粒子性を持っているのではなく、空間が「それ以上分割出来ない基本単位」という性質を持っている、と考えた方が分かり易い様な気がするのですが・・・ 電車の電光掲示板をみていて、よくみれば小さなランプが面上に配列されていてランプの点滅しか出来ないのに、文字などがまるで途切れる事なくスムーズに流れていく様子が、光の粒子性と波動性みたいだな・・・と思いました。 この場合のランプが「空間の基本単位」であるとすれば、その方がイメージし易い気がします。 だから、光は基本的には波動性のみを持つものであり、この宇宙の性質として「基本空間で分割されてしまう」というシステムがある為に、粒子性を帯びているような実験結果が出てきてしまう、ではダメなんでしょうか?

  • 粒子の波動性について

    ちょっと確認なんですが例えば電子は波の性質を持っていますがその波というのは 確率の波なんですよね。電子が波打って動いてるわけではないんですよね? それと井戸型ポテンシャルの問題ですがあれで求めた波動関数は ポテンシャルが0の領域に電子を置いた時の位置を確率で表したものなんですか? 今だにしっくりわかっていません。お願いします。

  • 波動関数と複素数

    量子力学初心者です。 いろいろ本を読んでみたのですが、波動関数を複素数で表すのは単に便利であるとか、オイラーの式とか、二乗すれば確率となる…など数学的には分かりますが、波動関数を複素数で表す直感的で本質的な理由はあるのでしょうか? また、電子などが粒子性と波動性を持つことと、波動関数が複素数であることは関係しているのでしょうか? 最後に電気・電子回路でも複素数を用いますが、単に便利さのためでしょうか? よろしくお願い致します。

  • 波動関数について

    量子力学に関しての質問なのですが、「量子力学の波動関数はどのように解釈されるか」という質問が大学の講義で出たのですが、「波動関数は粒子の存在確率を表す確率波」という解答であっているでしょうか。よろしければ教えてくださいm(_ _)m

  • 物理化学の質問です

    物理化学の問題がわかりません・・・ わかる範囲でいいので応えていただければ幸いです!!  x≦0とx≧aで無限に高いポテンシャル障壁を持ち、0≦x≦aでポテンシャルエネルギーが0である長さaの1次元の箱の中に質量mの粒子を1個入れた系を考える。 (1)この系のエネルギーEを粒子の質量mと運動量pにより表せ。 (2)波動関数Ψ=Asin(Bx)がシュレーディンガー方程式の解になる時、Bはどのような数でなければならないか。 (3)この系のエネルギーがとびとびの値をとることを示せ。 (4)波動関数の規格化とはなにか。規格化によりAの値を求めよ。 (5)エネルギーが2番目に小さい状態に対する波動関数の大略を図示し、電子の存在する確率密度が最大となる位置とそこでの確率密度の値を記入せよ。また接点のx座標はいくらか。 おねがいしますm(_ _)m

  • 一次元の井戸型ポテンシャル中の自由粒子についてハミルトニアンを導くとこ

    一次元の井戸型ポテンシャル中の自由粒子についてハミルトニアンを導くところなんですが 全エネルギー E = p^2 / 2m + U(x) --(A) p <- -ih d/dx (hは棒付き) --(B) ∴ H^ = (-h^2 / 2m) d^2/dx^2 + U(x) --(C) において、 (1) (B)運動量演算子 -ih d/dx がいきなりでてくるのがわかりません。教科書など見てもこの導き方が載っていません この運動量演算子というのは波動関数に作用させると運動量になるというものなのでしょうか (2) (C)ハミルトニアンは演算子なのに、U(x)の部分はただのスカラーになっていますがいいのでしょうか (3) (1)で運動量演算子を波動関数に作用させたものが運動量ならば、波動関数に(C)を作用させたものは、(運動エネルギー)+(ポテンシャルエネルギー×波動関数)になってしまいませんか? そうするとシュレーディンガー方程式は (運動エネルギー)+(ポテンシャルエネルギー×波動関数)=(全エネルギー×波動関数) となって、次元が合わないような状況になってしまいませんか? 質問の意味がわからなかったらすぐ補足するので、1つでもいいので教えてください。よろしくお願いします。

  • 波動関数の二乗は確率か確率密度か

    参考書などに「波動関数の二乗は粒子の存在確率を表す」とよく書いてありますが、波動関数の二乗は確率ではなく確率密度を表すと思うのですが、実際はどっちなのでしょうか? 波動関数の二乗の確率は、|Φ|^2dxだと思います。なぜなら、規格化条件(∫|Φ|^2dx=1)は確率を全領域で足し合わせるから1になるのですから、|Φ|^2dxが確率ということになりますよね・・・? わかる方いたら教えてください(><)