質問: 現代物理に詳しい方教えて下さい。
回答: 現代物理というか量子力学ですね。 大雑把に書いてみます。光の波長や振動数でなくて、光の色を使って、とありますので多分下に書いた物程度で十分かと。 本来hは斜体、vはギリシャ文字のニューです 1,石油ストーブのように金属を熱すると温度に応じて固有の色を呈する。つまり物体の温度と放射される光の色には相関がある。これを黒体輻射という。この黒体輻射を定式化する際、19世紀までの物理学では定式化できなかったが、ドイツのマックス・プランクはある定数、プランク定数hを導入して、光は最小の単位、プランク定数と光の振動数vの積(hv)のエネルギーを持った何か、粒子状の物と仮定した。光が粒子のようであれば、光が一つあるときのエネルギー、hv、二つある時のエネルギー、2hvと、エネルギーが飛び飛びになる、これは量子化といい、この光の量子化によって黒体輻射を定式化することができた。 プランク定数h=6.62608×10^-34Js。 プランク定数ぐらいなら検索すればすぐ出てきますが... 2,金属に光を当てると電子が飛び出す現象を光電効果という。光の色を振動数の大きい順に並べると、紫青緑黄橙赤となるが金属によって電子が飛び出しうる最小の振動数が決まっている。つまり黄色の光を当てて電子が飛び出すなら緑でも青でも飛び出すが、橙、赤色の光をどれだけ長時間当てても電子は飛び出さない。もし光が波であるならば、赤色の光を長時間当てればいつか電子が飛び出すはずである。そこで光が量子化されていると仮定して、光が粒子としての性質を持つ、と考えたとき、光電効果は波が岩を削り取るような現象でなく、ビリヤードのような現象である、と考えることができる。この考え方は光電効果を非常によく説明でき、これによってアインシュタインはノーベル賞を受賞した。 光電効果が使われている物、CCDセンサーなどの光センサーによく使われています。 3,原子を熱すると光が発生する。水素原子は簡単な原子図なので良く説明に使われますが、ボーアは水素原子を熱したときに発生する光を、原子内の電子は原子核を中心としたある安定な軌道に存在し、熱せられることによって不安定な軌道に移る、それが通常の安定な軌道に戻るとき、そのエネルギー差を光として発する、と考えた。原子によって安定な軌道と不安定な軌道が固有なので、原子によって発する光は違う。 これはあまり自信がありませんが、蛍光灯でどうでしょうか 4,光が波と粒子の性質を持つのであれば、通常眼に見えるような物質、ボールなども波としての性質を持つのではないかとド・ブロイは考えた。実際粒子として考えられていた電子も波としての性質を有し、電子顕微鏡などに応用されている。 5,実験で確かめるとしたら二重スリットかな?物質を一個、二つのスリットが開いた壁にぶつける。それが波なら二つのスリットを同時にすり抜けて干渉紋が見られるはず。波としての性質を持たないのなら、どちらかのスリットをすり抜ける。 6,操作というのが不明瞭ですが、シュレディンガー方程式は、ある波動関数、ψにある演算(操作)を行うと、全エネルギーとψの積になる、という形をしている。これは電子がどういう状態かを定式化した物でHψ=Eψと表される(Hは本当は上に^が付きます。Eは全エネルギーです)。両辺をψで割ったらいいじゃん、と思うかもしれませんが、Hが微分演算d/dx、ψがsin2xであったとしたらそんなことはできないことがわかるかと思います。 7,黒体輻射。上にも書きましたが、量子論の考え方を用いないと説明ができません。 見直すと若干怪しげなところもあります。特に6の操作と状態というのが、なんの操作と状態を指しているのかよく分からないので不適切かもしれません。 また普通なら光の振動数か波長で説明をするのですが、色を使って説明するのは逆に難しいです。 もしレポートなどの課題なら、自分の言葉で書き直してください。