2025年02月23日

【光の簡単な見分け方】19世紀にトーマス・ヤングが発見した「光波の干渉」とは?

19世紀、ヤングが発見した「光波の干渉」とは何か?

量子力学発見の約100年前の1800年ごろ、イギリスの物理学者トーマス・ヤングが行った実験を見てみましょう
まだ波でもあり粒でもある「量子」という存在が発見される前の話です

この実験が行われるまで、光は波なのか、それとも粒の集まりなのかという論争が長く続いていましたが、決定的な証拠はありませんでした
ヤングは想像力を振りしぼって、「見分けられるはずだ!」と、ある実験を思いついたのです

まず光を出す光源の前に長方形の細いスリットと呼ばれる切れ目が1個ついた板を置きます
この切れ目から出る光がスタート
つぎの板にはスリットが2個並んでいます
光源から出た光がこれらのスリットを通って奥のスクリーンに届くとき、「スクリーンにはどのような光の模様が描かれるか?」
これがヤングの思いついた実験設定です

たとえば水の波がこの装置を通るとき、波は初めの1個だけのスリットを通ると、そこから扇形に広がっていき、つぎに2個並んでいるスリットを通ると、そこから2個の扇形の波が広がります
2つの波が重なったあとのスクリーンでは、波の大きいところと小さいところが交互に縞(しま)模様として出てきます

つぎは同様に粒をこの装置に通してみましょう
粒は2枚目のスクリーンにある2つのスリットのどちらかを通り、そのままの方向に飛んでいくため、スクリーンには粒でできた2本の線が描かれます

それでは実際に光を用いて行った実験の結果を見てみましょう
なんとスクリーンには波でしか起こらない何本もの縞模様が現れたのです
つまり、この実験によって、光は「粒」ではなく「波」であると結論付けられました

量子ではさまざまな「波」が登場しますが、それが本当に波なのかというのを説明したり証明するのは、実はとてもむずかしいのです
ヤングの実験の素晴らしいところは、「3本以上の縞模様が見える=波」というひと目でわかる簡単な見分け方を開発したところです

いまでも量子物理学者は、何か新しいものが波の性質を持つかを調べるときには、すぐにヤングの実験を行います
ヤングの技術は古くても新しい「フォーエバー・ヤング」なわけです

ヤングの実験:水の波

水の波をスリットに通す

波が重なりあったあとでは、波が大きくなるところ、小さくなるところというように縞々がいっぱい見える
これは波の干渉と呼ばれる


ヤングの実験:粒

2つのスリットの付いた板にボール(粒)を投げるとスリットの数と同じ2本の縞が見える


では、光を通してみよう!

ライトを照らすと縞模様がたくさん出たことで「光は波」と判明

トーマス・ヤング(1773〜1829年)
イギリス生まれ。おもしろい実験を思いついた物理学者
長方形の板に切れ目を入れてそこに光を通すという試みだ
ヤングはこの実験により、「光は波」と証明した
でも、のちに「光は粒」でもあることも判明するんだね
そのほかにも「弾性体力学」における基本定数「ヤング率」(ひずみと応力の比例定数)でも有名だよ

【出典】『眠れなくなるほど面白い 図解 量子の話』著:久富隆佑、やまざき れきしゅう

(この記事は、ラブすぽの記事で作りました)

トーマス・ヤングが発見した「光波の干渉」とは?

ヤングの行った実験

光を出す光源の前に長方形の細いスリットと呼ばれる切れ目が1個ついた板を置きます
この切れ目から出る光がスタート
つぎの板にはスリットが2個並んでいます
光源から出た光がこれらのスリットを通って奥のスクリーンに届くとき、「スクリーンにはどのような光の模様が描かれるか?」


・水の波
水の波をスリットに通す

波が重なりあったあとでは、波が大きくなるところ、小さくなるところというように縞々がいっぱい見える
これは波の干渉と呼ばれる


・粒
2つのスリットの付いた板にボール(粒)を投げるとスリットの数と同じ2本の縞が見える


・光
ライトを照らすと縞模様がたくさん出たことで「光は波」と判明


スクリーンには波でしか起こらない何本もの縞模様が現れたのです
つまり、この実験によって、光は「粒」ではなく「波」であると結論付けられました

量子ではさまざまな「波」が登場しますが、それが本当に波なのかというのを説明したり証明するのは、実はとてもむずかしいのです
ヤングの実験の素晴らしいところは、「3本以上の縞模様が見える=波」というひと目でわかる簡単な見分け方を開発したところです

いまでも量子物理学者は、何か新しいものが波の性質を持つかを調べるときには、すぐにヤングの実験を行います
ヤングの技術は古くても新しい「フォーエバー・ヤング」なわけです


でも、のちに「光は粒」でもあることも判明
これが光や量子の「粒子と波動」の二重性だ
関連記事:【粒子と波動の二重性】量子の不思議な性質とは




眠れなくなるほど面白い 図解 量子の話: 量子の世界を知らずして たぶん 未来は語れない。 単行本

物理の世界を一変させた量子(力学)論
相対性理論もかなり「ぶっとんだ」理論だが、量子(力学)論も「ぶっとんだ」凄い理論だ
この驚異の量子の世界を追う
posted by june at 12:51| Comment(0) | ニュース | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

イチゴの赤い部分は「果実」で、つぶつぶが「種」は間違い!

地球上で起きていること、どれだけ知っている?

この地球で当たり前に感じていることでも、うまく説明できないことがありますよね
例えば、「青い空が夕暮れに赤く染まるのはなぜ?」「台風が日本列島めがけてやってくる理由は?」

そんな地球に生きる私たちが知っておくべき「理系雑学」をご紹介します
太陽系を含む地球の歴史をはじめ、地球上で成立した大自然や気候、動植物、資源など、地球をめぐる大疑問にスッキリ回答!
あらためて考えると、私たちはこの地球にまつわるさまざまなことを、じつはほとんど知らないのかもしれないかもしれません

※本記事は雑学総研著の書籍『人類なら知っておきたい 地球の雑学』から一部抜粋・編集しました


イチゴ表面のつぶつぶの正体は「種」?それとも?

イチゴの赤い部分は「果実」で、つぶつぶは「種」と思われがちだが、これは誤り
そもそも「果実」とは、花のメシベに花粉がつくことで、メシベの下のほうにある子房が発達し、中にある胚珠と呼ばれる部分が種に変化したものだ
たとえば、ミカンやモモ、カキなどがこれにあたる

一方、イチゴの赤い部分の正式名称は花托という
花托は「花床」とも呼ばれ、本来はオシベやメシベが生えるための土台の役目を果たしている
イチゴの花にはメシベが100本以上あるが、受粉すると花托の部分が大きくふくらむ特徴がある

つまり、我々が食べているイチゴの正体はふくらんだ花托で、種と勘違いしていたつぶつぶのほうこそが、イチゴの果実というわけだ
その証拠に、つぶつぶをよく見ると、糸の先のようなものが短く突き出ている
これこそがメシベの名残なのである

また、イチゴのように、子房以外の部分がふくらんで果実のように見えるものは、偽果と呼ばれる
リンゴやナシも同じく偽果で、ふだんは食べない芯を中心としたわずかな部分こそが、果実となっている

ちなみにパイナップルは、小さな実が集まってできる複合果に分類される
ウロコのような表皮は、もともとは花で、この部分がパイナップルの果実なのだ
一つのパイナップルはおよそ150個の果実から構成されており、中央にある芯の部分が花托にあたる

著=雑学総研/『人類なら知っておきたい 地球の雑学』

(この記事は、レタスクラブの記事で作りました)

イチゴの赤い部分は「果実」で、つぶつぶが「種」は間違い!

このことは聞いたこともあるし、本でも読んだことも

しかし、最初に知った時は驚きました

イチゴの赤い部分は「果実」で、つぶつぶは「種」と思われがちだが、これは誤り
そもそも「果実」とは、花のメシベに花粉がつくことで、メシベの下のほうにある子房が発達し、中にある胚珠と呼ばれる部分が種に変化したものだ
たとえば、ミカンやモモ、カキなどがこれにあたる

一方、イチゴの赤い部分の正式名称は花托という
花托は「花床」とも呼ばれ、本来はオシベやメシベが生えるための土台の役目を果たしている
イチゴの花にはメシベが100本以上あるが、受粉すると花托の部分が大きくふくらむ特徴がある

つまり、我々が食べているイチゴの正体はふくらんだ花托で、種と勘違いしていたつぶつぶのほうこそが、イチゴの果実というわけだ

その証拠に、つぶつぶをよく見ると、糸の先のようなものが短く突き出ている
これこそがメシベの名残なのである

また、イチゴのように、子房以外の部分がふくらんで果実のように見えるものは、偽果と呼ばれる
リンゴやナシも同じく偽果で、ふだんは食べない芯を中心としたわずかな部分こそが、果実となっている

ちなみにパイナップルは、小さな実が集まってできる複合果に分類される
ウロコのような表皮は、もともとは花で、この部分がパイナップルの果実なのだ
一つのパイナップルはおよそ150個の果実から構成されており、中央にある芯の部分が花托にあたる




人類なら知っておきたい 地球の雑学 (中経の文庫) 文庫

地球(を含めた宇宙)には謎や不思議、ギモンが多くあります
空はなぜ青く、夕焼けは赤いのだろうか!?とか・・・
そんな「理系雑学」を楽しくわかりやすく解説
posted by june at 04:33| Comment(0) | ニュース | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする