光は波?-ヤングの干渉実験- ニュートンもわからなかった光の正体 光の性質について論争・実験をしてきた人々
© 2015 EPFL といっても、何がどうすごいのかがとてもわかりづらいわけですが、なぜこれを撮影するのがそんなにすごいことなのか、どのようにして撮影したのかをEPFLがアニメーションムービーで解説していて、これを見れば事情がわりと簡単に把握できます。 Two-in-one photography: Light as wave and particle! - YouTube アインシュタインといえば「特殊相対性理論」「一般相対性理論」などで知られる20世紀の物理学者です。19世紀末まで「光は波である」という考え方が主流でしたが、それでは「光電効果」などの説明がつかなかったところに、アインシュタインは「光をエネルギーの粒子(光量子)だと考えればいい」と、17世紀に唱えられていた粒子説を復活させました。 この「光量子仮説」による「光電効果の法則の発見等」でアインシュタインはノーベル物理学賞を受賞しました。 その後、時代が下って、光は「波」と…… 「粒子」の、両方の性質を持ち合わせていると考えられるようになりました。 しかし、問題は光が波と粒子、両方の性質を現しているところを誰も観測したことがない、ということ。 そこでEPFLの研究者が考えた方法がコレです。まず直径0. 00008mmという非常に細い金属製のナノワイヤーを用意し、そこにレーザーを照射します。 ナノワイヤー中の光子はレーザーからエネルギーを与えられ振動し、ワイヤーを行ったり来たりします。光子が正反対の方向に運動することで生まれた新たな波が、実験で用いられる光定在波となります。 普段、写真を撮影するときはカメラのセンサーが光を集めることで像を結んでいます。 では、光自体の撮影を行いたいというときはどうすればいいのか……? 光があることを示せばいい、ということでナノワイヤーに向けて電子を連続で打ち出すことにします。 運動中の光子 そこに電子がぶつかると、光子は速度を上げるか落とすかします。 変化はエネルギーのパケット、量子として現れます。 それを顕微鏡で確認すれば…… 「ややっ、見えるぞ!」 そうして撮影されたのが左側に掲載されている、世界で初めて光の「粒子」と「波」の性質を同時に捉えた写真である、というわけです。 実際に撮影した仕組みはこんな感じ なお、以下にあるのが撮影するのに成功した顕微鏡の実物です この記事のタイトルとURLをコピーする
光って、波なの?粒子なの? ところで、光の本質は、何なのでしょう。波?それとも微小な粒子の流れ? この問題は、ずっと科学者の頭を悩ませてきました。歴史を追いながら考えてみましょう。 1700年頃、ニュートンは、光を粒子の集合だと考えました(粒子説)。同じ頃、光を波ではないかと考えた学者もいました(波動説)。光は直進します。だから、「光は光源から放出される微少な物体で、反射する」とニュートンが考えたのも自然なことでした。しかし、光が波のように回折したり、干渉したりする現象は、粒子説では説明できません。とはいえ波動説でも、金属に光があたるとそこから電子、つまり、"粒子"が飛び出してくる現象(19世紀末に発見された「光電効果」)は、説明がつきませんでした。このように、"光の本質"については、大物理学者たちが論争と証明を繰り返してきたのです。 光は粒子だ! (アイザック・ニュートン) 「万有引力の法則」で知られるアイザック・ニュートン(イギリスの物理学者・1643-1727)は、プリズムを使って太陽光を分解して、光に周波数的な性質があることを知っていました。しかし、光が作る影の周辺が非常にシャープではっきりしていることから「光は粒子だ!」と考えていました。 光は波だ! (グリマルディ、ホイヘンス) 光が波だという波動説は、ニュートンと同じ時代から、考えられていました。1665年にグリマルディ(イタリアの物理学者・1618-1663)は、光の「回折」現象を発見、波の動きと似ていることを知りました。1678年には、ホイヘンス(オランダの物理学者・1629-1695)が、光の波動説をたてて、ホイヘンスの原理を発表しました。 光は絶対に波だ! (フレネル、ヤング) ニュートンの時代からおよそ100年後、オーグスチン・フレネル(フランスの物理学者・1788-1827)は、光の波は波長が極めて短い波だという考えにたって、光の「干渉」を数学的に証明しました。1815年には、光の「反射」「屈折」についても明確な物理法則を打ち出しました。波にはそれを伝える媒質が必要なことから、「宇宙には光を伝えるエーテルという媒質が充満している」という仮説を唱えました。1817年には、トーマス・ヤング(イギリスの物理学者・1773-1829)が、干渉縞から光の波長を計算し、波長が1マイクロメートル以下だという値を得たばかりでなく、光は横波であるとの手がかりもつかみました。ここで、光の粒子説は消え、波動説が有利となったのです。 光は波で、電磁波だ!
(マクスウェル) 次に登場したのは、物理学の天才、ジェームズ・マクスウェル(イギリスの物理学者・1831-1879)です。マクスウェルは、1864年に、それまで確認されていなかった電磁波の存在を予言、それをきっかけに「光は波で、電磁波の一種である」と考えられるようになったのです。それまで、磁石や電流が作り出す「磁場」と、充電したコンデンサーにつないだ2枚の平行金属板の間などに発生する「電場」は、それぞれ別個のものと考えられていました。そこにマクスウェルは、磁場と電場は表裏一体のものとする電磁気理論、4つの方程式からなる「マクスウェルの方程式」(1861年)を提出しました。ここまで、目に見える光(可視光)について進んできた光の研究に、可視光以外の「電磁波」の概念が持ち込まれることとなりました。 「電磁波」というと携帯電話から発生する電磁波などを想像しがちですが、実は電磁波は、電気と磁気によって発生する波のことです。電気の流れるところ、電波の飛び交うところには必ず電磁波が発生すると考えてよいでしょう。この電磁波の存在を明確にした「マクスウェルの方程式」は1861年に発表され、電磁気学のもっとも基本的な法則となっています。この方程式を正確に理解するのは簡単ではありませんが、光の本質に関わりますので、ぜひ詳細を見てみましょう。 マクスウェルの方程式とは? マクスウェルの方程式は、最も基本的な電磁気学上の法則となっているもので、4つの方程式で組みをなしています。第1式は、変動する磁場が電場を生じさせ、電流を生み出すという「ファラデーの電磁誘導の法則」です。 第2式は、「アンペール・マクスウェルの法則」と呼ばれるものです。電線を流れている電流によってそのまわりに磁場ができるというアンペールの法則に加えて、変動する磁場も「変位電流」と呼ばれる電流と同じ性質を生み出し、これもまわりに磁場を作り出すという法則が入っています。実はこの変位電流という言葉が、重要なポイントとなっています。 第3式は、電場の源には電荷があるという法則。 第4式は、磁場には電荷に相当するような源は存在しないという「ガウスの法則」です。 変位電流とは? 2枚の平行な金属板(電極)にそれぞれ電池のプラス極、マイナス極をつなぐと、コンデンサーができます。直流では電気を金属板間にためるだけで、間を電流は流れません。ところが激しく変動する交流電源につなぐと、2枚の電極を電流が流れるようになります。電流とは電子の流れですが、この電極の間は空間で、電子は流れていません。「これはいったいどうしたことなのか」と、マクスウェルは考えました。そして思いついたのが、電極間に交流電圧をかけると、電極間の空間に変動する電場が生じ、この変動する電場が変動する電流の働きをするということです。この電流こそが「変位電流」なのです。 電磁波、電磁場とは?
「変位電流」の考え方は、意外な結論を引き出します。それは、「電磁波」が存在しえるということです。同時に、宇宙に存在するのは、目に見え、手に触れることができる物体ばかりでなく、目に見えない、形のない「場」もあるということもわかってきました。「場」の存在がはじめて明らかになったのです。マクスウェルの方程式を解くと、波動方程式があらわれ、そこから解、つまり答えとして電場、磁場がたがいに相手を生み出しあいながら空間を伝わっていくという波の式が得られました。「電磁波」が、数式上に姿をあらわしたのです。電場、磁場は表裏一体で、それだけで存在しえる"実体"なのです。それが「電磁場」です。 電磁波の発生原理は? 次は、コンデンサーについて考えてみましょう。 2枚の金属電極間に交流電圧がかかると、空間に変動する電場が生じ、この電場が変位電流を作り出して、電極間に電流を流します。同時に変位電流は、マクスウェルの方程式の第2式(アンペール・マクスウェルの法則)によって、まわりに変動する磁場を発生させます。できた磁場は、マクスウェルの方程式の第1式(ファラデーの電磁誘導の法則)によって、まわりに電場を作り出します。このように変動する電場がまた磁場を作ることから、2枚の電極のすき間に電場と磁場が交互にあらわれる電磁波が発生し、周辺に伝わっていくのです。電磁波を放射するアンテナは、この原理を利用して作られています。 電磁波の速度は? マクスウェルは、数式上であらわれてきた波(つまり電磁波)の伝わる速度を計算しました。速度は、「真空の誘電率」と「真空の透磁率」、ふたつの値を掛け、その平方根を作ります。その値で1を割ったものが速度という、簡単なかたちでした。それまで知られていたのは、「真空の誘電率=9×10 9 /4π」「真空の透磁率=4π×10 -7 」を代入してみると、電磁波の速度として、2. 998×10 8 m/秒が出てきました。これはすでに知られていた光の速度にピタリと一致します。 マクスウェルは、確信をもって、「光は電磁波の一種である」と言い切ったのです。 光は粒子でもある! (アインシュタイン) 「光は粒子である」という説はすっかり姿を消しました。ところが19世紀末になって復活させたのは、かのアインシュタインでした。 光は「粒子でもあり波でもある」という二面性をもつことがわかり、その本質論は電磁気学から量子力学になって発展していきます。アインシュタインは、光は粒子(光子:フォトン)であり、光子の流れが波となっていると考えました。このアインシュタインの「光量子論」のポイントは、光のエネルギーは光の振動数に関係するということです。光子は「プランク定数×振動数」のエネルギーを持ち、その光子のエネルギーとは振動数の高さであり、光の強さとは光子の数の多さであるとしました。電磁波の一種である光のさまざまな性質は、目に見えない極小の粒子、光子のふるまいによるものだったのです。 光電効果ってなんだ?
しかし, 現実はそうではない. これをどう考えたらいいのだろうか ? ここに, アインシュタインが登場する. 彼がこれを見事に説明してのけたのだ. (1905 年)彼がノーベル賞を取ったのはこの説明によってであって, 相対性理論ではなかった. 相対性理論は当時は科学者たちでさえ受け入れにくいもので, 相対性理論を発表したことで逆にノーベル賞を危うくするところだったのだ. 光は粒子だ! 彼の説明は簡単である. 光は振動数に比例するエネルギーを持った粒であると考えた. ある振動数以上の光の粒は電子を叩き出すのに十分なエネルギーを持っているので金属にあたると電子が飛び出してくる. 光の強さと言うのは波の振幅ではなく, 光の粒の多さであると解釈する. エネルギーの低い粒がいくら多く当たっても電子を弾くことは出来ない. しかしあるレベルよりエネルギーが高ければ, 光の粒の個数に比例した数の電子を叩き出すことが出来る. 他にも光が粒々だという証拠は当時数多く出てきている. 物を熱した時に光りだす現象(放射)の温度と光の強さの関係を一つの数式で表すのが難しく, ずっと出来ないでいたのだが, プランクが光のエネルギーが粒々(量子的)であるという仮定をして見事に一つの数式を作り出した. (1900 年)これは後で統計力学のところで説明することにしよう. とにかく色々な実験により, 光は振動数 に比例したエネルギー, を持つ「粒子」であることが確かになってきたのである. この時の比例定数 を「 プランク定数 」と呼ぶ. それまで光は波だと考えていたので, 光の持つ運動量は, 運動量密度 とエネルギー密度 を使った関係式として という形で表していた. しかし, 光が粒だということが分かったので, 光の粒子の一つが持つエネルギーと運動量の関係が(密度で表す必要がなくなり), と表せることになった. コンプトン散乱 豆知識としてこういう事も書いておくことにしよう. X 線を原子に当てた時, 大部分は波長が変わらないで反射されるのだが, 波長が僅かに長くなって出て来る事がある. これは光と電子が「粒子として」衝突したと考えて, 運動量保存則とエネルギー保存則を使って計算するとうまく説明できる現象である. ただし, 相対論的に計算する必要がある. これについてはまた詳しく調べて考察したいことがある.
とみお Reviewed in Japan on November 5, 2018 5. 0 out of 5 stars 純粋な無条件の愛 Verified purchase 私は以前、一生後遺症が残るケガをしました。原因は車の運転手による事故。生きてこそいますが不自由を強いられていますし生活の上で厄介な事も多々あります。でも、事故を起こされた当時に刑事事件としてだかで起訴しませんでした。理由はその加害者に養わなければならない家族がいたからです。許すのではなく赦したんです。この映画の父親も犯人を許すことは一生できないと思います。でも、赦した。本当に難しいことですし、理解できなくても当然かもしれません。この映画を観て私は涙が止まりませんでした。でも、とても良い意味で考えさせられ、改めて日々の生活態度改善しなきゃなって思いました。おススメ出来る最高の1本だと思います。 93 people found this helpful みんと Reviewed in Japan on December 31, 2019 1. 0 out of 5 stars 理解できない・・・ Verified purchase 宗教的だか、哲学的だか知らないが、こんな糞みたいな映画は久しぶりに観た 自分が父親だったら、犯人を許すとかありえないし 高評価を付けてる奴らの気が知れない 現実世界では、事件は解決せず、娘も行方不明のまま 夢の中でだけ娘を見つけ、夢の中で心の寄り所を見つけたって事か? まったく理解できない映画 46 people found this helpful jo Reviewed in Japan on January 11, 2020 5. 0 out of 5 stars 最後のシーンは原作で補完してください Verified purchase クリスチャン作家による原作だけど、内容や描写が過激(斬新? アメイジング・ジャーニー 神の小屋より - Wikipedia. )でそのため教会界隈でも賛否が分かれた作品と聞きました。三位一体の神の描き方や、形式主義・律法主義に傾いているキリスト教や教会に対する辛辣な批判(劇中でもイエスがさらっと言っていましたが)に反発を覚える人がいるのも想像がつきます。 初めて原作を読んだときは自分も衝撃を覚えました。よく普通の人間がこんな"神がかった"お話が書けるよなぁ、と。聖書がそうであったように、これは神が人をして書かせた話なんだろうな、勝手に思ってしまっていますが^^ 繰り返し読んで、たくさんの気づきや励まし、慰めを得ています。 だからこそその映画化には不安があり、なかなか観ることはできませんでしたが、ようやく観ました。 概ね原作に忠実に、演出も控えめで無理なく「神の小屋」の世界に入り込めました。 もちろん尺に収めるための改変はありますが、許容範囲かな ・・・と思いながら、映画の残り時間を気にしながら楽しみに待っていた最後のヤマ場のシーンが、まさかの全カット!
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ハクソー・リッジ(字幕版) エベレスト (字幕版) ターミネーター4 (字幕版) サボタージュ(字幕版) Powered by Amazon フォトギャラリー (C)2017 Summit Entertainment, LLC. All Rights Reserved. 映画レビュー 2. 0 赦し 2020年5月19日 Androidアプリから投稿 鑑賞方法:VOD 他者を赦し、 他社に赦しを求め、 自らを赦す。 素直にそれが出来れば、日々はきっといい日になる。 2. アメイジング・ジャーニー 神の小屋より : 作品情報 - 映画.com. 0 自己啓発映画 2020年1月20日 Androidアプリから投稿 そりゃ神の名を語る人々にあれだけ奇跡見せられたら誰でも信じてしまいますわ 主人公が神に対して怒るのは解る でも先ずは娘に会わせろと言うのが先 悪魔が神の名を語って偽の世界を作り出してもおかしくない展開 逆に自分の子なら犯人だったとしても絶対に赦せてたと思うか? と言う神の赦しのすり替え技術にはビックリです。 すべての映画レビューを見る(全31件)
0 聖書への新しいアプローチ 2018年5月30日 スマートフォンから投稿 鑑賞方法:映画館 知的 人間っぽい設定で神が描かれていて、わかりやすい。 神は全能だが、人間は不完全である。 人は自分の基準でしか判断できない不完全なものである。 しかし神はそのような人に寄り添って慰めてくださる。 悲しみ、苦しみは簡単に癒やされない。 人によってもたらされた災いは人によっては癒やされない。 ただ神だけが、人には思いもよらない方法で癒やして下さるのだ、ということがわかる構成になっている。 それでも納得できない、と思う人もいるだろう。 1. 0 受け入れるには無理があった。 2018年5月20日 PCから投稿 鑑賞方法:DVD/BD 泣ける 難しい 寝られる パケ借りした映画。 TSUTAYAのポップに「4本目に迷ったらレンタルすべき」という文面があったのでまさにそれを理由に手に取った作品なのだが、観たことをやや後悔している。 く、くどく、説教臭い退屈な映画だった。 美しかったのは小屋まわりの景観と天使すみれ様くらいのもんである。ジャケットがたまらなく美しいよね。自然の中のログハウスっていいですよねっていう…←無理やりこの映画の褒めどころを探している。 キリスト教のプロテスタント色が強過ぎてキツイ。 他の宗教者が見て理解できる内容ではない。感動出来るかどうか、というポイントに絞ればイエスかもしれないが、三位一体素晴らしい!とかって意味での感動は無い。 最も受け付けなかったのが、ほぼほぼ赦しを強要する神と精霊の恐ろしさ。 「自分の娘を殺した犯人を絶対赦さないっていうけど、お前に責めて裁く資格あんの?ww」くらいの勢いで主人公に迫る、迫る…いや無理だろ。許せないだろ。許しに救いとかないから。 理解にも及ばず、感動もなく、それでもラストには何かとんでもない救いが見出せるのかという期待を捨てきれないまま2時間以上を費やしてしまった。 キャスティングのあのミスマッチに、プロテスタントの白人は感動出来るんだろうか…。 1. 0 長い 2018年5月18日 iPhoneアプリから投稿 ネタバレ! クリックして本文を読む 途中からずっと何観させられてんのかなって感情になりました。 1. 5 宗教色強め 2017年10月3日 Androidアプリから投稿 キリスト教徒向け。 神が黒人女性やアメリカ先住民の姿。キリストがユダヤ人(当たり前だが)、 天使がアジア人(すみれ)と白人じゃないのにアメリカの白人至上主義者達は本当に感動したのか?