わかるまで素粒子論

※これは、旧掲示板に秋野様が投稿してくださったトピックをマスターが転記したものです。

名前：秋野    日付：2025/1/5(日) 20:5

こんにちは。素粒子論の掲載再開、うれしいです。
貴サイトは、私が物理学を知るきっかけになったもので、いままで何１０回と読み返してきました。
わかってしまう相対論も購入して拝読させていただきました。
今後とも応援させていただきます。
また、ここに書き込むべきか悩んだのですが、ちょっと質問させてください。

質問１・光電効果の光の粒子性について
なぜ光電効果の実験結果が、光の粒子性を示すのかが、私にはよくわかりません。
いやそもそも、波動性と粒子性の定義が、無知な私にはあいまいなのです。
以下が、貴サイトを全体的に読み込んで得た私の予想です。
波動性の定義
１・回折や干渉が起きる。波はお互いを強めあったり弱めあったり、つまりは合成できる特性をもつ。
２・粒子と違って、空間もしくは媒質を広がっていく性質をもつ。
３・エネルギーが連続的である。１，２，３…という自然数だけでなく、力の大きさが１．１や３．６という場合もある。
４・波に乗って振動するように見えても粒子が動くのはその一瞬だけで、状態が進んでいくのが波である。
５・壁にあたって反射が起きても、波の波長や振幅は減衰しない？（自信なし）

続いて、粒子性の定義です。
１・同一空間に共存できない。粒と粒をぶつければ、合成されずに反発して進行方向を変える。
２・回折や干渉は起きない。
３・粒は１つ２つ３つ…と自然数で個数を数えることができる。よって力の大きさも飛び飛びの値をとる。
４・実際に何か形あるものが進んでいく。
５・壁に当たって反射が起きた時、それは運動量の交換が起きたということだから、粒のエネルギーは減衰する。

いかがでしょうか。私の解釈は合っているでしょうか。（もしよろしければ、改めて貴サイトで「粒子性と波動性の定義」をどこかでまとめていただけると助かります）
以下、貴サイトの一文から引用させていただきます。「第２章　はじめに光速度ありき」より。
「光が波であるなら、光電効果は発生しない。先に述べたように、波長によらず、ある時間光を照射し続ければ、電子に飛び出すエネルギーを与えることができるからだ。」
この部分は納得できます。波には合成できる特性があるので、ずっと光を照射すればいずれエネルギーを蓄えた電子が飛び出すはずだ。しかし特定の振動数未満の光では、ずっと光を照射しても電子は飛び出してこない。よって、光の波動性は否定されると。
再び、貴サイトの一文から引用させていただきます。
「（波長によらず、ある時間光を照射し続ければ、電子に飛び出すエネルギーを与えることができるからだ。）それが成立していないのは、光がエネルギーを持った粒子(のようなもの)であると考えると説明がつく。つまり、光とは波長（振動数）に対応したエネルギーを持った粒の性質をもったものなのだ。」
ここが私にはわかりません。
「つまり、光とは波長（振動数）に対応したエネルギーを持った【波】の性質をもったものなのだ」と、なぜならないのですか？
しきい値以下の振動数では電子は飛び出さない→光が飛び飛びの値のエネルギーである→光がエネルギーを持った粒子(のようなもの)である、という論理でしょうか？
しかしこの実験結果では「完全な飛び飛びの値」を示していないと思うのです。「しきい」は１個だけではないですか。その後は連続的ではないですか？　書いてないだけで、その後も飛び飛びで、「しきいを超えるたびに何か起きる実験結果があり、しきいは無限に続く」のでしょうか？　それならば納得いくのですが…。
いや、私は何か根本的な勘違いをしているのでしょうか。「粒子性の定義には、こういうものがあって、だからこの実験結果は粒子性の肯定に繋がる」とか。
質問をまとめます。
１・光電効果において、光の波動性の否定はわかる。しかし粒子性の肯定理由がわからない。
２・しきいは一つですか？

次の質問は、貴サイト内容と直接関係ないので、もし一読いただければ幸いです。
質問２・光について。
以下がネットで調べた可視光線の波長と、人間が感じる色の関係です。
赤（640-770 nm）
青（430-490 nm）
紫（380-430 nm）
しかし赤と青の光を混ぜると、紫の光になると人は感じますよね。
光は電磁波として波の性質をもつので、赤と青の光をまぜると、合成されて、きれいな正弦波でなく、いびつな形になるのだろうと私は推測します。そのいびつな形の波（合成波と呼ぶのか？）を、人は紫と感じるのだろうと。
しかしネットに波長が載っているとおり、きれいな正弦波でも波長が380-430 nmならば人は紫と感じるようです。
よって私の結論は２つです。
１・赤と青を混ぜたいびつな形の光でも、波長380-430 nmのきれいな正弦波でも、人は紫と感じる。人の目と脳は両者を区別できず、適当なものである。
２・赤と青の光をまぜると、いびつな形にはならない。ちょうど波長380-430 nmのきれいな正弦波になるから、同じように紫と人は感じる。
たぶん１が正解ではないかなと予想しているのですが、いかがでしょう。根本的に私は何か勘違いしているでしょうか。

以上。
質問を書いてみると、意外と長文になってしまい、大変申し訳ございません。
今後とも貴サイトの更新を楽しみにしています。

秋野