物質の二重性と放射線の二重性は、革命的な物理学の概念でした。科学者たちは、20 世紀の変わり目に、最もよく守られていた自然の秘密の 1 つを発見しました。それは、波動粒子の二重性、または物質と放射線の二重性です。すべてのものは波であると同時に粒子でもあります。
物質と放射の二重性に関する章は、その名前が示すように、物質の性質、特に粒子性と波動性の二重性に関係しています。それを証明するために、さまざまな科学者によってさまざまな実験が行われました。たとえば、光は波としても粒子としても機能します。干渉、回折、反射などの現象を見ると、光が波のように振る舞うことがわかります。一方、光電効果のような現象に関しては、光は粒子のように振る舞います。
光電効果
光電効果は、適切な周波数の光線が金属表面に入射したときに、金属表面から光電子が放出される現象です。光電子は放射された電子であり、光電流はその結果生成される電流です。
ヘルツ ハインリッヒによる観察 は、1887 年に電磁波実験を行っているときに光電放射を開発しました。エミッター プレートがアークランプからの紫外光で照らされたとき、検出器ループを横切るスパークによる電磁波の生成に関する彼の実験的調査が強化されました。
Lenard による観察 Lenard によると、紫外線が 2 つの電極を取り囲む真空ガラス管のエミッター プレートに当たると、電流が流れます。 UV 放射がオフになるとすぐに、電流の流れが止まりました。これらの発見は、紫外光がエミッター プレートに当たると電子が放出され、電界が電子をポジティブ プレートに引き寄せることを示唆しています。
光電原理
量子力学によれば、原子に結合している電子は独自の電子配置を持っています。価電子帯は、電子が特定の材料で一般的に占める最も高いエネルギー構成 (またはエネルギー帯) であり、それが満たされる程度は物質の電気伝導率に影響を与えます。典型的な導体 (金属) の価電子帯は、原子から原子へ容易に流れて電流を運ぶ電子で約半分満たされています。
光伝導性は、光によって解放された電子と正電荷の流れによって引き起こされます。 「正孔」として知られている価電子帯の失われた負電荷は、伝導帯に持ち上げられた電子に対応します。半導体が照射されると、電子と正孔の両方が電流の流れを強化します。
X線やガンマ線などの高周波放射線は、他の光電反応を引き起こします。電子がしっかりと結合している原子核の近くでも、これらの高エネルギー光子は電子を放出することができます。
フォトン
電磁放射の量子は光子です。量子という用語は、何かの最小の離散量または量の最小の要素単位を指します。その結果、光子は電磁エネルギーの量子です。 Quanta は quantum の複数形です。
量子力学と量子理論は、光子と量子の概念を担っています。量子力学は、粒子が原子および亜原子レベルでどのように振る舞うかを説明する数学モデルです。想像できる最小のサイズでは、物質とエネルギーが量子化されているか、小さな個別の束になっていることが証明されています。光の速度は、光子が移動する速度です。
波全体を記述する代わりに、光子は電磁波の粒子の性質を記述します。別の言い方をすれば、電磁波は個々の光子の集まりと考えることができます。電磁波の両方の表現は有効で相互的です。
たとえば、光は屈折または干渉されると波の性質を持ちます。光が 1 つの媒体から別の媒体 (たとえば、空気から水) に移動するとき、屈折が発生し、光波が互いに衝突するときに干渉が発生します。光が放射または吸収されると、粒子の特性が明らかになります。
ド・ブロイ仮説
ド・ブロイ仮説によれば、すべての物質は粒子と波動の両方の性質を持っています。ド・ブロイ波長は、粒子の波動特性を =h/p (p は粒子の運動量)、または =h/mv (m は粒子の質量、v は粒子の速度) で表します。この関係は、微視的オブジェクトと巨視的オブジェクトの両方に当てはまります。
ハイゼンベルグの不確定性原理
不確定性原理は、ハイゼンベルグの不確定性原理または不確定性原理としても知られ、1927 年にドイツの物理学者ヴェルナー ハイゼンベルグによって作成された声明です。それは、物体の位置と速度は、理論上であっても、同時に正確に測定することはできないと述べています。実際、自然界では、絶対位置と正確な速度の概念は関係ありません。
波動と粒子の二重性は、不確定性原理を生じさせます。すべての粒子には波が接続されており、すべての粒子は波のように動作します。粒子は、波のうねりが最も顕著または強力な場所に配置される可能性が最も高くなります。ただし、関連する波動の波動が強力になるほど、粒子の運動量を定義する波長が不明確になります。
結論
この記事では、放射線と物質、光子の二重性について研究し、光電効果についても説明しました。光などの電磁放射が物質に当たると、電子が放出されます。
このようにして放出される電子が光電子です。原子、分子、および固体の特性に関する推論を引き出すために、現象は凝縮物質物理学、固体化学、および量子化学で研究されています。この効果は、特定の時間に光を検出して電子を放出するように設計された電子システムで使用されます。
この結果は、連続光波がエネルギーを電子に伝達し、十分なエネルギーが蓄積されると電子が放出されるという従来の電磁気学と矛盾しています。
