■はじめに
この記事は物理学アドベントカレンダー 2014の12日目です。
前回はaetos382さんの粒子と反粒子でした。
今回のテーマは光です。
光とは光子であり電磁波でもあります。
粒子と波動の二重性をもつということですね。
光は偏光もかけられるし、二重スリット実験では干渉して波動性を示し、
光電効果では光のエネルギーが振幅ではなく周波数に依存して粒子性を示すのです。わけがわかりませんね。
E:エネルギー [J, eV]
h:プランク定数 [Js]
ν:振動数 [1/s, Hz]
c:光速 [m/s]
λ:波長 [m]
ν:振動数 [1/s, Hz]
K:波数 [1/cm, cm^-1]
λ:波長 [m]
E:エネルギー [J, eV]
k:ボルツマン定数 [J/K]
T:温度 [K]
ここで4式をまとめることができます。
この式から言えることとして
光のエネルギーは、
光の周波数に依存するし、
光の波数にも依存し、光の波長にも依存し、
黒体輻射の温度にも依存するということが言えます。
また、h:プランク定数、c:光速、k:ボルツマン定数と定数であり、
ほぼ光のエネルギーは周波数か、波数か、波長か、または温度で表せるとも言えます。
例:12 [meV] = 3 [THz] = 100 [μm] = 100 [cm^-1] = 144 [K]
Photon energy = Frequency = Wavelength = Wavenumber = Temperature
この関係式をはじめてみたとき、
エネルギーと波の性質(周波数・波長・波数)と温度が
一つの関係式としてまとめれてしまったことに
私はひどくおどろきました。
そしていまだに腑に落ちないというか、腑に落ちない話でした。
余談として、ここから量子についてや
ドブロイ波とつづけて物質の粒子と波動の二重性をもつことや
不確定性原理や小澤の不等式につなげていくのかな、と。
説明できる気がしませぬが。
■参考
http://www.ravco.jp/cat/view.php?cat_id=5851&PHPSESSID
http://homepage3.nifty.com/rikei-index01/ryousiriki/yangu.html
http://web.canon.jp/technology/s_labo/light/001/11.html
http://www.th.phys.titech.ac.jp/~muto/lectures/QMI10/QMI10_chap01.pdf
*1:青雲、それは君が見た光