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【物理】世界で初めて「光」の粒子と波の性質を同時に撮影することに成功

[ 2015/03/13 11:31 ] [ 物理 ] [ コメント(19) ]

http://uchu2ch.blog.fc2.com/blog-entry-1440.html【物理】世界で初めて「光」の粒子と波の性質を同時に撮影することに成功

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1: Mogtan ★＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 21:58:35.35 ID:???.net

掲載日：2015年3月3日
http://gigazine.net/news/20150303-light-particle-wave/

　光は「粒子」の性質と「波」の性質を併せ持っていますが、これまでは同時に観測できなかったこの両方の性質を、スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームが世界で初めて電子顕微鏡で撮影することに成功しました。

そのすごい写真がコレ。

© 2015 EPFL


　といっても、何がどうすごいのかがとてもわかりづらいわけですが、なぜこれを撮影するのがそんなにすごいこと
なのか、どのようにして撮影したのかをEPFLがアニメーションムービーで解説していて、これを見れば事情がわりと
簡単に把握できます。

Two-in-one photography: Light as wave and particle! - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=mlaVHxUSiNk&hd=1



　アインシュタインといえば「特殊相対性理論」「一般相対性理論」などで知られる20世紀の物理学者です。19世紀末まで「光は波である」という考え方が主流でしたが、それでは「光電効果」などの説明がつかなかったところに、アインシュタインは「光をエネルギーの粒子(光量子)だと考えればいい」と、17世紀に唱えられていた粒子説を復活させました。


この「光量子仮説」による「光電効果の法則の発見等」でアインシュタインはノーベル物理学賞を受賞しました。


その後、時代が下って、光は「波」と……


「粒子」の、両方の性質を持ち合わせていると考えられるようになりました。


しかし、問題は光が波と粒子、両方の性質を現しているところを誰も観測したことがない、ということ。


そこでEPFLの研究者が考えた方法がコレです。まず直径0.00008mmという非常に細い金属製のナノワイヤーを用意し、
そこにレーザーを照射します。


ナノワイヤー中の光子はレーザーからエネルギーを与えられ振動し、ワイヤーを行ったり来たりします。
光子が正反対の方向に運動することで生まれた新たな波が、実験で用いられる光定在波となります。


普段、写真を撮影するときはカメラのセンサーが光を集めることで像を結んでいます。


では、光自体の撮影を行いたいというときはどうすればいいのか……？

元スレ：http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1425905915/

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2: Mogtan ★＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 21:59:16.95 ID:???.net

光があることを示せばいい、ということでナノワイヤーに向けて電子を連続で打ち出すことにします。


運動中の光子


そこに電子がぶつかると、光子は速度を上げるか落とすかします。


変化はエネルギーのパケット、量子として現れます。


それを顕微鏡で確認すれば……


「ややっ、見えるぞ！」


そうして撮影されたのが左側に掲載されている、世界で初めて光の「粒子」と「波」の性質を同時に捉えた写真である、
というわけです。


実際に撮影した仕組みはこんな感じ


なお、以下にあるのが撮影するのに成功した顕微鏡の実物です






<参照>
The first ever photograph of light as both a particle and wave
http://actu.epfl.ch/news/the-first-ever-photograph-of-light-as-both-a-parti/

Simultaneous observation of the quantization and the interference pattern of a plasmonic near-field : Nature Communications : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/ncomms/2015/150302/ncomms7407/full/ncomms7407.html

The first ever photograph of light as a particle and a wave | EurekAlert! Science News
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2015-03/epfd-tfe030115.php

5: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:10:32.33 ID:JJifMpuC.net

まったくわからん

4: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:09:10.75 ID:Z4/ZXB8J.net

光が粒子と波の性質を持ってるというのがそもそもの間違い
光は目に見えない次元に存在するほうが主で、現世は副次的な物

たとえて言えば、人間の胴体を隠し２つのスリットから両手を出す
この時の両手が現世での光、隠れてる胴体部が光の本体

11: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:27:19.61 ID:Ma+OP6WU.net

>>4
自分は物理全く素人だけど、
空間に微小な多次元の構造があって、
三次元より上の次元で連続的に伝わる波は、
三次元では三次元との交点でのみ点として観測される
みたいな仮説を持っている

47: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 21:40:07.14 ID:Nt2EDPyo.net

波と粒子が同時に・・・
ならば近い将来位置と運動量も同時・・・！ってなるのかな


>>4
量子もつれ効果を利用して被写体に光子を当てずともカメラに映し出すことがきた実験に似てる

10: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:21:42.34 ID:YQ4C6X3V.net

波としての光は定常波の腹のところに多く存在するということでいいのかな？

12: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:30:27.56 ID:Yht44Ndh.net

＞ナノワイヤー中の光子はレーザーから～

ここでギブアップ

13: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:31:36.69 ID:2xo+PdzH.net

波長が長い短い、がすごくよくわかるな

16: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:39:14.80 ID:6wckxOaH.net

いつもの貼っておきます

17: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 22:41:34.43 ID:d8KD8C6n.net

単に解像度が高いだけじゃないの？不確定性原理は超えて無いよね？

23: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 23:19:09.35 ID:seQqvTK3.net

箱形ポテンシャルの中の波動関数、存在確率の定在波を電子顕微鏡で見たっただけ。

26: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/09(月) 23:51:06.41 ID:GXcbJAJZ.net

2重スリット実験は常識で考えると不思議だけど多次元空間を考えると何ら不思議はないんだよな
今になって多次元を検証するプロジェクトが始まっているが100年前の量子論考えた人たちも内心3次元
より上の世界はあると思ってた思う

28: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 00:31:38.29 ID:txt3UfGa.net

次元を上げると自由度が飛躍的にあがるから、この4次元世界をぴったり説明できる理論が
いくらでも出てくる。逆に合理的な多次元理論があったとしても、4次元に投影する仕方は
いく通りもあるから、なぜこの世界が選ばれたのかを説得するのが難しい。

33: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 03:04:50.75 ID:0ns3UqN5.net

>>28
(´・ω・｀)なんとかなくわかるけど、たいしたことない実験のような気がする


要は二つの光源で2種類の影をつくって同時に写したみたいな感じ？
それぞれの影が、波と粒子の性質をうまく現してる？

30: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 01:07:30.02 ID:WPrKH+A8.net

新しい時空物理が必要だな
頭のいい人 頼んまっせ！

31: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 02:10:43.54 ID:B1F9UWiK.net

昔大学で　Ｘ線のスリット回折実験したなぁ

34: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 07:40:01.10 ID:E4LaoVja.net

え、この世界って11次元じゃないの

46: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 21:25:46.94 ID:Gk+gOvud.net

>>34
11次元だと超ひも理論がよく説明できるって話かな？

37: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 12:32:16.90 ID:kc5XuqZ9.net

定在波を形成している　→　波動である
波長が紫から赤へ変わっていく　→　コンプトン効果により電子と衝突し、エネギーを失う

ということか？
定在波の腹の位置がズレてないのが気になるが

41: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 18:12:45.27 ID:z4ZoI57E.net

余剰次元の存在自体は、物理学的にはここ何十年かで常識になりつつあるようだけど、
量子が粒子と波の性質を持つことを、これを余剰次元と三次元との関係から誰か詳しく教えて。
上にも少しあるけど、長くてもいいから詳細に教えて。お願いします。

42: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 18:17:08.23 ID:eXeYHNxL.net

>>41
光を初め普通の物質は空間の波って言うのが常識なんだけど
余剰事件って重力の作用を説明するだけの概念で
光子は関係ないはずだよ

54: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/10(火) 23:55:50.51 ID:hGUTMq61.net

どんどんホログラフィック理論に近づいてきたな
結局、今ある物質は他の次元の投影にすぎないのさ

55: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/11(水) 00:07:03.81 ID:oBOz2eDF.net

要するにワイヤーの中で「波」を作っているであろう光子を「粒子」的な相互作用で観測したら波っぽい画像が得られた、って事か

56: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/11(水) 00:10:30.29 ID:vZTN5Mrb.net

少々控えめにならざるをえないが、これはすごい

57: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/11(水) 00:46:10.73 ID:ThnN1FOx.net

カレーライスとライスカレーを同時に食べてみたようなもんか

58: 名刺は切らしておりまして＠＼(^o^)／ 2015/03/11(水) 00:51:26.71 ID:Z4k/lSuG.net

量子論の根本的な問題が打開されていないから写真といわれてもねえ

60: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/11(水) 01:36:24.64 ID:005m6134.net

光って不思議だよな
質量がなくて宇宙の制限速度で飛べるのに
粒子としての実態がなくてエネルギーだけ
あるんだろ
何者なんだ？

65: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/12(木) 01:06:17.34 ID:aY9akcF9.net

ここまで知ったかぶり

67: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/12(木) 23:16:47.31 ID:bECC8p2w.net

じゃなんか他にわかりやすい例えあったら・・・

68: 名無しのひみつ＠＼(^o^)／ 2015/03/12(木) 23:29:45.45 ID:JYLyOMyu.net

そもそも写真をどう見ればいいのか教えてくれ。

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