たのしい演劇

俳優の錬金術Alchemy of Actor 知覚の哲学Philosophy of perception 96
Chemistry56

“本当に大切なものは目には見えない(『星の王子さま』) ”
　　“ 目に見えないところで何が起こっているのかを想像する”

“化学結合とは、原子が安定性を求めて閉殻構造を獲得する反応であり、それ故に　
　　　　　原子は分子や結晶などを作り存在す”

“物質中での原子と原子の結び 　結合の力は　粒子間の電子の授受による”　　　　

　　有機反応の基本的な考え方：分子は頑張らん　楽な方へしか移動せん
分子が頑張るのは光でシリを叩いて励起する時くらい。
つまり、絶対に頑張らん分子的思考により化学反応(生命)は理解される。　

 organic chemistry

化学は分子、原子、電子を扱う。そして、
原子サイズの世界では日常的常識に反する現象が見られる。
それは波動と粒子の二重性。
分子の構造や化学反応を理解するための基礎の基礎。

[光は波動]　光は回折し干渉できる　ことが実験により示された

波の性質
波とは空間のなかに伝わる現象
「波の干渉/重ね合わせ」
　波形の高低のパターンが重なる時には、波は強め合い
　波の高低のパターンが互い違いになるときは、波は弱め

波の回折
　障害物に対してその背後に回り込みながら進む

[光の干渉と回析]
　二重スリットの実験にて、明暗の干渉模様が観察された
光は波のように空間を伝わる のかも？
ただし、干渉模様は「光の波の姿」を表したわけではない。
あくまでも光が持つ波っぽい性質を示す。

[電子は粒子？]
ミリカンの油滴実験は, 電子がそれ以上分割できない電荷 e を持つ塊であることを示す. 　
電子は分割できない電荷を持つ実体である。
ミリカンの油滴実験；　油滴の速度から電荷を計算
で、帯電した油滴の持つ電荷が常に e = 1.6 × 10-9 Cの整数倍であることが示された。
電荷には e という最小の単位があり、
その電荷を担う実体が電子である　と結論。
この e を基準にすれば、油滴の中に含まれる電子を 1 つ、2 つと数えることができる。
Ex,「油滴は電子 2 個分の電荷を帯びているから電子が 2 つ含まれる」と言う ただし、
油滴が電子 0.5 個分の電荷を持つことはない　電子はそれ以上分割できないから。

『電子の正体は　電荷　e の塊　だ』　粒子性の根拠となっている

「電子の粒子としての姿」が見えたわけではない
電子は丸っこい粒　の様に描かれるが　かどうかは解らん　　
あくまでも「電子が一定量の電荷を持つ塊であること」が示されただけ。


波は空間を伝わる現象。そして、波が進むときには回折や干渉を起こす。
粒子は空間中に存在する実体なので、存在を数えることができる。


光や電子が「実体であり現象である」とは？

[光に粒子性あり？]
光の波動性に反する結果が光電効果によって示された
光電効果の 4 つの特徴
　1, 照射する光の振動数が一定以上に大きくなければ、光電効果は観察されない。
　2, 光の強度は光電効果の可否に無関係である。
　3, 電子の運動エネルギーは光の振動数にのみ比例する。
　4, 単位時間に飛び出す電子の数は、光の強度に比例する。
「光の波動性に反する」とは
「波が単位時間で運ぶエネルギーは、振動数と振幅 (強度) の二乗に比例する」という
物理の法則に反するから。
光が一般的な波であれば、
光の強度を強くすれば光が運ぶエネルギーは大きくなる。あるいは
光を長時間照射すればエネルギーを蓄積できる。したがって、
光の強度や照射時間を変更することで光電効果を起こせそう　だけど...。
光電効果の条件は光の振動数のみ。さらに、
光の振動数が一定値に達していなければ、
光の強度がどれだけ強くても、どれだけ長時間照射しても無駄。
このことは光が波であると考えると説明できん。 ところが
光電効果は光の粒(photon)とelectronの衝突によって引き起こされると説明できる。
まず、光の長時間照射によるエネルギーの蓄積が不可能であったことは、
なんらかの瞬間的な出来事によって光電効果が引き起こされたことを暗示。
力学では、瞬間的に粒子の運動が変化するできごとを「衝突」という。
　衝突? 衝突する光は粒子？　光という実体なるものが存在する感じ。
そこで、光が実体を持つ塊であると考えて　「光子photon」と呼ぶ。
さらに光電効果の条件や電子の運動エネルギーが光の振動数にのみ依存したことを考え、
photonは振動数に比例するエネルギーや運動量を持つとす.

エネルギー: E = hν 運動量: p = hν/c = h/λ (h はプランク定数 (比例定数), c は光の速度)

photonがelectronと衝突すると、電子にエネルギーを与える。しかし、
電子が原子核からのクーロン引力に打ち勝って飛び出るためには、
電子は十分なエネルギーを光子から受け取る必要がある。そのため、
光電効果が起こるには、光の振動数が一定以上大きくなければならん。一方、
電子がクーロン力に打ち勝ってもなお余りあるエネルギーは、電子の運動エネルギーに充てられる。このことは、光の振動数に比例して、電子の運動エネルギーも多くなったことを説明す。
一方、光電子の数が光の強度に比例したことから、光の強度は光と電子の衝突回数に対応していたと考え。
飛び出した電子の数と同じ数の光子が金属にぶつかっていたことになる。したがって
飛び出た電子の個数を通じて、間接的に光子の個数を数える。
光の粒としての姿を見たわけではない　しかし　
光が粒子的な性格を持つ　とも見える。

[電子の波動性？]
電子線回折の現象；金属表面に電子線を当てると、電子が跳ね返る角度によって強弱の差が現れる。
電子線回折の実験；
ニッケルの単結晶に電子線を当て, 可動式の検出器を用い散乱してくる電子の数を計測する　と,
特定の方向に多くの電子が散乱することが確かめられる.

縞模様のパターンは波動性？
電子線回折の実験で見られた縞模様は電子が干渉しながら空間中を伝わってできたと考えられるから
まず結晶は原子が規則正しく配列したもの。そこに電子線を当てると、一層目の原子にぶつかって散乱する電子もあれば二層目の原子にぶつかって散乱する電子もある。その結果、
異なる原子層で散乱した電子の回折波が干渉しあう。このとき
回折波が強め合う点を結ぶと、特定の方向に並ぶ。そのため
到達点での強弱のパターンは、電子が波動的な性質を持つことを暗示す。

電子は波の様に薄く広がりながら空間を伝播するのか？
電子を用いた二重スリット実験 電子の干渉縞を示す二重スリット実験
この実験では2本のスリット (通り道) をもつ壁に電子を1つずつ打ち込む。すると、
電子はどこかに位置に 1 つずつ検出面に達す。このことは
確かに電子は 1 つの実体であって、分裂したり薄く広がったりしているわけではない。しかし
いくつも電子を打ち込んでいくと到達点に明暗の干渉縞が現れる。
1 つ 1 つを見ると粒子っぽい実体として検出されるにもかかわらず、
波動っぽさが観測される。不思議？

光と電子の波動性と粒子性を証明したとされている実験は、
光の粒　電子の波　を直接見たわけではない。しかし
光や電子によって作られた干渉模様は、波動的な性格を示し　一方
光や電子の実体を数えられることは、そ粒子的な性格を示す。

「光や電子は波でも粒子でもない」かもしれん。なので、
これを理解するため　量子力学　が発展した。そして、
物理学は電子のこの 2 つの性質をSchrödinger 方程式/波動関数　として統合している




と　たのしい演劇の日々