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| 図1: 二重スリットの実験 |
電子の二重スリットの実験というのを聞いたことがありますか？
電子銃で電子を2つのスリットに向けて打ち出します(図1)。
スリットを通った電子は、スリットの後ろに設けられたスクリーンへと向かいます。
電子がスクリーンに到達すると、スクリーンには1つの電子につき1つの輝点が現れます。
電子が1つ、2つ、… とスクリーンに到達すると、スクリーン上の輝点も1つ、2つ、… と増えてゆきます。
輝点が疎らなうちは、輝点の位置には規則性がない様に見えます。
ところが、輝点の数が増えてくると、図1の様に縞模様が浮かび上がってくるという実験です。
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| 図2: 波の干渉パターン |
この縞模様、何かに似ていると思いませんか？
図2は海の波を上から見た様子です。
左から押し寄せた波が堤防にぶつかっていますが、堤防には２つの隙間が開けてあり、ちょうど二重スリットの様になっています。
２つのスリットを通り抜けた波は互いに干渉し合い、綺麗な干渉パターンが見えています。
この干渉パターンを反映して、右端の海岸には波の高さが高い所と低い所が交互に現れることになります。
電子の二重スリットの実験で現れた縞模様と良く似ていますね。
この様に、電子を二重スリットに通すと、スクリーンには波の干渉模様と同じ縞模様 (干渉縞) が浮かび上がるのです。
つまり、電子は波としての性質を持っているのです。
では、電子は波でしょうか？
二重スリットの実験では、スクリーンには電子1つにつき1つの輝点が現れますから、電子は1つ、2つ … と数えることができます。
これは、電子が粒子としての性質を持っているからです。
結局、電子は波としての性質と粒子としての性質の両方を持っていることになります (粒子と波の二重性)。
波と粒子の両方の性質を持ったものなんて、頭の中で簡単にイメージすることはできないと思いますが、
この不思議なものが量子です。
電子に限らず、原子や分子を使った二重スリットの実験でも干渉縞が観測されています。
原子や分子も、粒子と波の二重性を持つ量子なのです。
また、光は電磁波の一種で、その名の通り電場と磁場が振動しながら進行する波ですが、光も波だけでなく粒子としての性質を持っています。
つまり、光も量子であり、光の量子は光子と呼ばれます。
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