光子の波動

質問

こんにちは

量子力学と相対性理論についての質問です。
量子は粒子と波動の両方の性質をあわせ持つということですが、
一方で相対性理論によると、光速で移動する物体を外部から見ると物体の時間が止まって見えるということもわかっています。
ここで素朴な疑問として、じゃあ時間が止まってるのなら光子の波動も止まってるんじゃないの？と思ってしまいました。
このあたり、物理学ではどのように説明されているのでしょうか。教えてください。

回答No.4

雪中庵（@psytex）

物体の時間変化とは、それを構成する素粒子間での
エネルギー（量子）の交換です。
物体の時間が、光速で停止するのは、そうした物体内
での相互作用の量子の運動量（光速）が、運動方向に
費やされてしまうからです。
その根源の量子は、光速＝神童エネルギーそのものの
実体ですので、時間が止まったら存在しなくなります。

回答No.3

tetsumyi

光軸上に数珠みたいに見えるという考え方をしてはいけません。
光がある時間に光軸のどこにいるかどうかなんて事を考えること事態が無意味です。
光は何かに作用しないと、ここにあるかどうかわからないのです。
作用すると光はなくなるので見えたとたんにその後はなくなる。
同時刻に数珠のように見えるような測定は不可能であり、そのような考え方は量子力学では意味のないことです。
光は１次元上にある程度広がりを持った電磁エネルギーです。
距離で時間差があるのは私たちの宇宙空間が４次元時空であり距離は時間の函数であるために生じる時間の遅れです。
この為に、光やニュートリノ、重力波などの見かけの速度が光の速度として観測できるだけです。
ニュートン空間であれば速度が無限大となるはずの現象です。

回答No.2

hue2011

観点がずれていますよ。
相対論というのは、この世に光速を超えるスピードは存在しないということで始まります。

ということは、光速で動いているものは時間の経過がないということになるのです。外から見て止まって見えるなんていうことではありません。また、光子というのとは何の関係もありません。そもそも移動しているものが光っているわけじゃありませんので。

ここで相対性と言う考え方が出て来て、自分が光速で動いているとどうかという見方をしてみます。時間は経過しますし、異常なことには見えません。
自分が自分に対して光速で動くということはできないからです。
時速300キロで動いている新幹線内でもコップの水はこぼれないでいるのです。そういうことを想像してみてください。

自分が光速で動いていると想像するときは、なんか別のものが自分に対して光速で後ろの方に動いている、というのと同じことです。これが相対性です。こちらの価値観からいうと、その後ろに光速で移動しているものには時間の経過はありません。仮にそちらの視点からいうとこちらの世界の時間の経過がないのです。
どちらの世界でもモノが見えます。

だれにとっても観測上は時間は存在するのです。

ある観測系で見ていると、時間の論理を無視しているようなものが発見されたら、それは上記のような相対的な時間感覚の違いから発生したものとみなすことになり、タキオンなんかと呼ぶわけです。これも光子とは関係ありません。

回答No.1

tetsumyi

おっしゃる通りで、光子を波動と考えることは無理です。
光子は確率的な存在として量子力学で表せるのであって、振動していると考えてはいけません。
光子はパルス的な存在で相互に干渉することもありません。
干渉現象は光子の確率的な存在の結果として現れるもので、光子一つ１つがバラバラでも結果的に干渉現象が起きるようです。

補足

ありがとうございます。ちょっと確認ですが、
あくまで光子の存在確率が波動になっているだけということでしょうか？
光子が光軸上に数珠みたいに見えるということですか？