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  • 光は粒子と波動の二重性を持つのか

    光は粒子と波動の二重性を有すると言う表現

     よく、光は粒子と波との二重性を有すると言う表現がされることがあります。光が波であれば、それを媒介するものが必要となります。つまり、真空と思われる中にも何かがあり、それが振動することで光が波として伝わることになります。光が粒子であれば、何もない真に空虚な空間(真空)を光は粒子として移動することになります。
     この二つが両立することはありません。どちらかでしかあり得ません。では、なぜこの様に、光は粒子と波動の二重性を有すると言うのでしょうか。

    相対性理論における光

    空虚な空間と粒子

     相対性理論は、物質も光も全て粒子であり、空間には何もないと考えます。何もない空間の位置は考えることが出来ません。後に残るのは、動き回る粒子のみです。そうなると、どの粒子が静止しているのか誰にも分かりません。この粒子が静止しているとするとあの粒子は移動している、逆にあの粒子が静止しているとすると、この粒子は移動しているとしか言えなくなります。
     こう言う意味で、物質の運動は相対的なものとなります。故に、静止系と言う特権を有する系はないと考えます。つまり、あらゆる慣性系は移動しているとも静止しているとも自由に考えることが出来るとします。
     そうなると、今私の居る慣性系は移動しているいや静止していると考え方を変えただけで、観測される光の速度や物理法則が変化してはなりません。光の相対速度(移動する観測者から見た光の速度)は不変でなくてはならないのです。ですから、相対性理論では、光速度が不変となる様に、時間と空間とを変化させます。


    超ひも理論における光

    超ひも

     一方、光が波であるとすると、光をCq/秒で伝えている媒体が必要となり、それが静止系です。そうなると、静止系を基準として、慣性系の絶対速度を特定することが出来ます。それならば、光の速度は慣性系により変化しても良くなり、相対性理論通り時間や空間は変化しなくても良くなります。
     つまり、光が波であれば、静止系はないとする相対性理論の前提が崩れるのです。そして、実際にリングレーザージャイロ装置では、光の相対速度(装置から見た光の速度)の差を利用して、ロケットの進行方向の変化を測定しているのです。


     現在の物理学では、「超ひも理論」が最も有力視されています。そして、私は宇宙を次の様に想定しています。宇宙開びゃくの瞬間、宇宙は非常にエネルギーの高い状態にあり、個々の「超ひも」は自由に空間を動き回っていました。しかし、宇宙のエネルギーが、100GeVになった時、「超ひも」は相転移を起こし、網の状態に繋がって固定されたと考えています。相転移とは、水蒸気が冷えて氷となる様な現象を言います。水蒸気として自由に動き回っていた水の分子は、冷えて相転移を起こし氷の分子として固定され、もはや自由には動き回ることが出来なくなります。「超ひも」も宇宙のエネルギーが低下し、相転移を起こすと、固定され網状に繋がります。
     
    そして、その「超ひもの網」の上を、物質や光及び重力・電磁力・強い力・弱い力の4つの力は、振動として伝わると考えています。つまり、物質が移動して見える現象は、実は超ひもの物質としての振動が、次々と隣の超ひもに伝わる現象であると説明されます。そして、「超ひも」の振動自体が光速で伝わるので、何ものも光速以上で伝わることは出来ないのです。
     
    この様に、物質も光も一本の超ひもの振動として表現されます。超ひもの長さをプランク距離Lと言います。振動が超ひもの端から端まで伝わるのに要する時間をプランク時間Sと言います。超ひもの振動は光速Cで伝わります。従って、
     光速C=プランク距離L÷プランク時間S=L/S= 1.616199×10^−35m÷5.39106×10^−44秒=299,792.5q/秒となります。
     光は抵抗を受けないので、そのまま高速で「超ひもの網」上を伝わります。物質は、ヒッグス粒子がまとわり付き動き難くなるので、光速未満でしか動く事は出来ません。

    光は波としての性質を持つ

    電子の回折像

     この様に、今では光は完全に波としての性質を持っていることが明らかとなっています。光に小さな穴を通過させ、スクリーンに映し出すと、同心円状の回折像が現れます。また、現在の技術では、1本の光を発射することが出来ます。1枚の板に開けられた接近する2つの穴目掛けて、1本の光を発射します。すると、1本の光は2つの穴を通過し、そこで2本の光となります。そして、お互いに干渉し合い、スクリーンに縞模様を映し出します。


    何故二重性を有すると言うあいまいな表現をするのか

     従って、「超ひもの網」が光を伝える媒体であり、光は波と考えることが出来ます。
     しかし、光を波とすると相対性理論は覆るのです。相対性理論を維持するために、実際には波動であることを認めながらも、光は粒子としての性質も有すると言うあいまいな表現を採っているのです。