第21章光の量子的な性質The Quantum Nature of Light原書 p.711–742

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FIGURE 21.1 In Lewis Carroll’s classic text Alice’s Adventures in Wonderland, Alice follows a rabbit down a hole into a land of curiosity. While many of her interactions in Wonderland are of surprising consequence, they follow a certain inherent logic. (credit: modification of work by John Tenniel, Wikimedia Commons)図21.1 ルイス・キャロルの古典『不思議の国のアリス』で、アリスはウサギを追って穴を落ち、好奇心の国へ入る。不思議の国での彼女のやりとりの多くは意外な結末を迎えるが、それらはある内在の論理に従っている。(credit: John Tennielの作品を改変, Wikimedia Commons)

CHAPTER OUTLINE章の構成

21.1 Planck and Quantum Nature of Light21.2 Einstein and the Photoelectric Effect21.3 The Dual Nature of Light

21.1 プランクと光の量子的な性質21.2 アインシュタインと光電効果21.3 光の二重性

INTRODUCTION At first glance, the quantum nature of light can be a strange and bewildering concept. Between light acting as discrete chunks, massless particles providing momenta, and fundamental particles behaving like waves, it may often seem like something out of Alice in Wonderland.

はじめに 一見すると、光の量子的な性質は奇妙で当惑させる考えでありうる。光が離散的な塊としてふるまい、質量のない粒子が運動量を与え、素粒子が波のようにふるまう——それはしばしば『不思議の国のアリス』から出てきたもののように思える。

For many, the study of this branch of physics can be as enthralling as Lewis Carroll’s classic novel. Recalling the works of legendary characters and brilliant scientists such as Einstein, Planck, and Compton, the study of light’s quantum nature will provide you an interesting tale of how a clever interpretation of some small details led to the most important discoveries of the past 150 years. From the electronics revolution of the twentieth century to our future progress in solar energy and space exploration, the quantum nature of light should yield a rabbit hole of curious consequence, within which lie some of the most fascinating truths of our time.

この分野の物理は、ルイス・キャロルの物語に引き込まれるような体験をもたらすかもしれない。アインシュタイン、プランク、コンプトンらの研究をたどると、実験に現れた小さな手掛かりをどう解釈したかが、過去150年の大発見につながっていることが分かる。光の量子的な性質は、20世紀の電子技術の発展を支え、太陽エネルギーの利用や宇宙探査の進歩にも関わっている。アリスがウサギの穴を通って未知の世界へ入ったように、ここから、身近な直感を越えた物理の世界を探っていこう。