2022年11月04日
【波動って何？】素粒子～電子は波動として存在する
「万物の根源は波動ではないか」という問いから始まったシリーズ。これまで波動であることを表わしている現象を集めてきました。
最終テーマは素粒子。素粒子というのは、物質の最小単位。おなじみなのは、原子の中をぐるぐるまわっている電子。ほかにニュートリノやヒッグス粒子など、多数が見つかっています。
素粒子を理解する上で、重要なのが大きさ＝存在世界です。原子が地球の大きさだとすると、電子は野球のボールの大きさになるという、想像を絶する小ささです。
それ以上分割できない、根源的な存在であり、物質世界の本質を表わしています。その意味で本テーマの本丸。物の本質が波動であれば、波動そのものの様相を表わしているはずです。
それでは、眼では見えない素粒子の世界を見ていきましょう。
画像はこちらからお借りしました。
電子顕微鏡でも見えない世界。どうやって特定し、その「動き」＝波動を把握するのか。古くから存在が知られ、研究が進んでいる電子で考えます。
電子がどういう存在かは、原子スペクトルで推定できます。原子スペクトルというのは、ガラス管に特定の元素の気体を満たし 電極を入れて放電すると、元素特有の波長の光が見られる現象です。この現象は、原子がエネルギーを吸収し（不安定状態になり）、元の安定状態に戻るときに、一旦吸収したエネルギーを放出するときのエネルギー＝電磁波に由来します。この電磁波の周波数が元素によって決まっています。
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この現象をうまく説明できるのが、そのエネルギーは電子が吸収し、放出しているという考え方です。そう考えて公式を立てると、すべての元素の発する原子スペクトルの周波数をすべて正確に割り出すことができます。
電子は動き回っており、エネルギーを出し入れできる可変性のある存在であるけれども、普段は何らエネルギーを感じさせません。そこで考えられるのが、電子が「定常波」として存在しているという考え方です。定常波というのは、同じ振動数（周波数）で原子核の周りを回っているということです。定常波は、通常はエネルギーを出したり、吸収したりしません。定常波だから安定しているわけです。
スペクトルの実験では、そこにエネルギーを加えるわけです。それで電子は、次にエネルギーの高い定常波の位置＝軌道長の整数倍の（周波数となる）軌道に移れるところまでのエネルギーを吸収した瞬間に、軌道を移り＝遷移し、つぎの定常波エネルギーの位置で周回する。ただ、その状態は原子核とのバランスの関係から、安定状態ではないので、吸収したエネルギーをすぐに放出し、元の状態に戻る。これを瞬間的に繰り返しているのがスペクトルの現象と考えられます。
つまり、電子は定常波＝波動として存在しています。
同じ周期で、一定の軌道を回っているような状態。したがって、電子自体がある周波数で動き回っており、波動を発している。その軌道を可視化したのが下の図です。
電子はエネルギーを吸収し、跳躍的に、定常波軌道の次元を上がったり、下がったりするわけですが、跳躍の途中段階は、どうなっているのか。それは恐らく、粒子として見た場合に、自転的な運動や自転軸の回転のような“ジャイロ”のような運動系を持っており、一旦はその運動量に吸収されるのではないかと考えられます。
最後に、帝塚山学院大学の戸上良弘教授が電子存在構造に迫った研究「球面定在波としての電子構造」があるので、その結論を紹介します。研究の成果として下記のような電子の存在イメージが提示されています。
電子は球面定在波であるという仮定のもとに、エネルギーや質量など、各種パラメータを計算したところ、既存の物理量と良い一致が見られた。電子のスピンという概念は、外向き（上向き）と内向き（下向き）の2 種類の球面定在波の概念と一致する。電子を質点（粒子）として扱うべきか，場（波動）として扱うべきか、どちらが本質かというのは議論の余地がある。電子は「粒子でもあり波動でもある」、というのが物理学の教科書的な考え方である。本論の考え方はこうである、「電子は波動である。ただし中心が存在する」。
- posted by kumagai at : 9:31 | コメント (0件) | トラックバック (0)
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