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ニュートン力学において宇宙空間に満たされていたと考えられていた物質といえば? by Rook

はい。予告どおり、今回も私、Rookが更新いたします。

前回の会員がおっしゃっていたように、いよいよ筑波大学は春休みに入りました。(ベクトル解析は、地獄を見ましたが……。)
というわけで、私はおととい実家に帰省しまして。そしたらさ、何かすごいね。
帰ってくる電車の中で、外が見えないくらい真っ白に霧がかかったように雪が降って、私の実家は何回も停電。(たぶん雪のせい。)
おまけに、昨日の朝は、当然、雪かきをする羽目に。
(あっれ?私って、雪かきするために実家に帰ったんだっけ???)
今のところ、私の帰省生活はこんなもん。(まるで嫌がらせのようだ。)


さてさて、今日は前回から始まった、『ぐだぐだ相対性理論つぶやき』シリーズの第2回を更新。
え?飽きた?こまけぇこたぁいいんだよ!!


前回は、相対性理論は、光を尺としてみなして、いろいろな事象を検証するものだということまでつぶやいたのだけれども、そもそも、


光って何だ? 


っていう本質的問題を確認しておく必要があったんですよね。

たとえば、ものを定規で測るにせよ、その定規が竹製か、鉄製かでその精度が変わってくるように、光っていうものを理解することにやぶさかではなかったわけです。

事実、アルバートアインシュタイン博士は、相対性理論発表の1905年6月よりも三ヶ月前に、『光量子論』という論文を発表しています。つまり、この論文から、相対性理論に切り込んでいく必要があったわけです。

この『光量子論』とは何ぞや?

一言で言うと、「光は粒子である」と主張する論文であるのです。

われわれの感覚ではあまりこの論文の重要性にピンと来ませんが、当時の物理には衝撃的な事実だったようで。

というのも、それまでは、「光は波である」というのが、ニュートン力学から続く定説だったからです。
ですけれども、1887年の『光電効果』という事実が、この定説の矛盾をつく結果として存在していました。

だけれども、これを指摘するということは、そのニュートン力学の根幹を揺るがす、大きすぎる問題だったために、指摘することができなかったわけです。

話がそれました。

光電効果。そうでした。これはダイジェストで書いておく必要がありますね。


たとえば、金属に赤外線と、紫外線を当ててみます。
すると、そのとき何が起こるでしょうか?


赤外線を当てたほうは、何も起こりませんでしたが、紫外線を当てたほうは、なんと電子が飛び出したのです。

これは『光が波』だと考えると説明できない減少なんだそうで、ああ、そうなのねというレベルの印象でしか私も知らないのですが、これが、もし『光が粒子』であると考えると、実にすっきりと説明できる現象なんだそうです。


どういうことかというと、赤外線の粒子は紫外線に比べるとそれが有するエネルギーは小さいのですが、それが金属にあたると、赤外線ではエネルギーが小さすぎて、影響を及ぼしえないけれども、紫外線の粒子は高いエネルギーを有しているために、電子をビリヤードのように弾き飛ばすとして考えることができるのです。


アルバートアインシュタイン博士は、この光電子効果と当時の物理学者、マックス・プランク博士が唱えた、量子仮説を基にして、この光量子説を唱えるに至りました。

だけれども、そうね、高校物理をやってことがある方はわかると思いますが、
『ちょっと待ってよ!!』
と思うわけです。


そう。『光の干渉』を無視できないんです。高校物理では間違いなく、『光は波』と教わるんです。


実は、ここは私もよくはわからんのですが、量子力学において基本的知識として、こんなものがあるそうです。

『電子はひとつだと、粒子としてそこに存在するが、大量だと波の性質を持つ。』


つまり、光もそうなのだと考えることができるということです。
光が粒子だと考えるとその粒子はひとつだけのはずはなく、大量にあります。ゆえに、波の性質を持つわけです。


アインシュタイン博士語るところの、『光量子論』とはこんなところです。

当時はその理論がかなり大きな発見だったために、1921年にこの論文でノーベル物理学賞を受賞しました。
相対性理論ではなかったんですね。


さてね、先ほどから何度か書いているように、これは大きい発見だったわけだけれども、でもさ、何が大きい発見だったんだよって正直思わない?

だって、『光は粒子ではあるけれども、波には変わらない』っていう点で、あまり変化がないじゃないですか。



実は、その話は、波が存在するには何が必要か?という点を詳らかにすれば見えてくる論点なのです。


それは、波には必然的にそれを伝える『媒質』必要だという論点を指します。
たとえば、海の波の媒質は水であり、音を伝える媒質は空気であるというように、その波を伝える媒質が必要なのです。


もし、光量子論が真と仮定するならば、その媒質は粒子なり、すなわち媒質となりえます。

ですが、単純に光が波であるとするならば、その媒質は一体何なのでしょうか?

地球上の大気では、その空気が音と同じように、光の媒質となり得て、ぎりぎりセーフでしょう。

ですが、それが真空の宇宙空間ならば、太陽から出た光は、一体何を媒質として、地球に到達しているのでしょうか?


ニュートン力学ではそこがはっきりと記述されており、これこそが大きなニュートン力学の問題点でした。

次回はそこからつぶやき始めるので、見捨てずに見てやってくださいね。

そんなこんなで、今日の更新はここまでです。(さぁ、どんどんマニアックになってきた。)


というか、水曜どうでしょうおもしれぇ。


以上、Rookでした。
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