一見、波動粒子の二重性の概念は確かに奇妙です。 あなたは以前に波について学び、それらが媒体の乱れであることを知っている可能性があり、離散的な物理的オブジェクトである粒子について学んだ可能性があります。 したがって、いくつかのものが両方の特性を持っているという考えは、奇妙であるだけでなく、物理的に不可能に見えるかもしれません。
この記事では、波動粒子の二重性の概念を紹介し、その概念がどのように生まれたかの概要を説明します。 そしてそれが多くの場合、特に量子の領域において、現実の優れた記述であることがどのように判明するか 物理。
波と波のような特性
波を構成するものを確認することから始めましょう。 波は、ある場所から別の場所に伝播し、プロセスでエネルギーを伝達するが、質量は伝達しない媒体の乱れとして定義されます。
波が移動する媒体では、個々の分子が所定の位置で振動するだけです。 この良い例は、「波」をしているスタジアムの群衆です。 波自体がスタジアム全体を移動している間、各個人は単に立ち上がって座り、所定の位置で振動します。
波の特性には、波長（波のピーク間の距離）、周波数（1回あたりの波のサイクル数）が含まれます。 2番目）、周期（1つの完全な波のサイクルと速度（外乱が移動する速度）にかかる時間）。
粒子特性と粒子の性質
パーティクルは別個の物理オブジェクトです。 それらは空間内で明確に定義された位置を持っており、ある場所から別の場所に移動すると、エネルギーを伝達するだけでなく、それら自身の質量も伝達します。
波とは異なり、それらは移動するための媒体を必要としません。 また、波長、周波数、周期でそれらを説明することも意味がありません。 代わりに、それらは通常、それらの質量、位置、および速度によって記述されます。
波動粒子の二重性と電磁放射
いつ 光の現象 最初に研究されていたとき、科学者たちはそれが波であるか粒子であるかについて意見が一致しませんでした。 アイザックニュートンの光の粒子説は、それが粒子として作用すると主張し、彼はアイデアを開発しました それはこのフレームワーク内の反射と屈折を説明しましたが、彼の方法のいくつかは完全にはそうではなかったようです 作業。
クリスティアーン・ホイヘンスはニュートンに同意せず、波動理論を使用して光を説明しました。 彼は光を波として扱うことで反射と屈折を説明することができました。
波のような振る舞いに関連する赤色光の干渉パターンを示したトーマス・ヤングの有名な二重スリット実験も、波動理論を支持しました。
光が粒子であるか波であるかについての議論は、ジェームズクラークマクスウェルが現場にやって来て、マクスウェルの方程式を介して光を電磁波として説明したときに解決されたようです。
しかし、光の波の性質が観察されたすべての現象を説明しているわけではないことがすぐに明らかになりました。 たとえば、光電効果は、光が単一光子または光量子として機能する粒子として扱われた場合にのみ説明できます。 このアイデアは、ノーベル賞を受賞したアルバートアインシュタインによって提唱されました。
このようにして、波動粒子の二重性の概念が生まれました。 光は、ある状況では波として扱われ、他の状況では粒子として扱われた場合にのみ、真に説明することができました。
波動粒子の二重性と物質
ここで、事態はさらに奇妙になります。 光はこの二重性を示すだけでなく、問題も同様に表示します。 これはルイ・ド・ブロイによって発見されました。
この二重性は巨視的なスケールではまったく見られませんが、小学校での作業に関しては 粒子の場合、それらは粒子として機能するように見えることもあれば、波として機能するように見えることもあり、その波長は 関連する ドブロイ波長.
この概念は、波動関数を持つ粒子を記述する量子力学の開発につながりました。これは、シュレディンガー方程式の観点から理解することができます。