光になるのはどうして？

質問

ある高い準位にいる電子が、より低い準位に落ちる時、その落差に応じた強い光を出すらしいですが、どうしてそれが「光」になるのでしょうか？

それと電磁波と光はまったく同じものなのでしょうか？
よろしくお願いします＾＾

回答No.6

apple-man

>どうしてそれが「光」になるのでしょうか？

　どうしてか？については、今のところ不明なんだと
思いますが、電子の軌道変化と光の放出を結びつけて
考えるのは、電磁気的な力を伝えているものが
現在のところ光以外に考えられないからです。

　電子がより低い軌道に落ちるということは、
電子が原子核に引き寄せられている、つまり
そういった力が存在しているわけで、
高校の物理あたりでは、これをクーロン力と
呼んでいます。　
　このクーロン力を伝えているのが光、正確には光量子と
呼ばれるもので、力を伝えている役割を果たして
いる間は、観測することができず、直接その存在を
確認できないことから、仮想光子と呼ばれています。

　電子の軌道が落ちると、ポテンシャルエネルギー
（自由落下で言うところの位置エネルギー）が
減少するわけで、自由落下の場合は、そのエネルギーの
減少分は、物体の落下速度に加わり、運動エネルギーに
変換されています。

　電子の場合、量子条件、正確にはそういった
自然の原理（理由は不明です）で、電子の運動や
軌道が制限されますので、軌道が落ちたからと言って、
電子の運動がどんどん加速されることはありません。
　余ったエネルギーが運動量のかたまりとして
放出されます。この運動量を運んでいるのが
現在のところ光子しか考えられないんです。

＞それと電磁波と光はまったく同じものなのでしょうか？

　一般にはそう言われていますが、同じだとわれている
理由は、速度が同じ（光速）ということと、両方とも
波としての性質を持っているということだけです。

お礼

ありがとうございました。何故、それが光になるかは分かってないのですね。また、お願いします＾＾

回答No.5

sanori

こんばんは。

電磁波と光はまったく同じもので、その実体は光子（フォトン）という素粒子です。（当然、波としての性質もあります。）
真空中では、全部、同じ速さで伝わります。
波長が短いものから順番に、電波、赤外線、可視光、紫外線、エックス線、ガンマ線　と呼ばれます。
（もっと細かく言えば、長波、中波、短波、・・・遠赤外線、近赤外線・・・近紫外線・・・）
（エックス線とガンマ線の境目の定義はあいまいで、時と場合によって変わるという話を聞いたことがありますが。）

＞＞＞どうしてそれが「光」になるのでしょうか？

どうしてでしょうね。

私なりに解釈しているのは、こうです。

この世には、４つの物理法則（４つの力＝重力、電磁気力、核力その１、核力その２）がありますが、
そのうち、電子などの荷電粒子の振る舞いを記述する物理法則は、電磁気力、すなわち、量子電磁力学「だけ」です。
（細かいことを言えば、荷電粒子の質量は重力と関係しますが、電磁気力のほうが重力をはるかに上回っているので、無視できます。）

というわけで、ここで登場するのは、荷電粒子と光子だけです。

電子の準位の話ですから、登場人物は電子と光子の２者だけに絞られます。
たとえば、電子同士の斥力は、電子同士が（仮想上の）光子をキャッチボールをすることによって発生しています。

電子と光子だけの世界ですから、低い準位に落ちるときには、光子を放出するのが自然な流れで、
そのほかには、質量を持った中性粒子を出すとか、粒子とその反粒子のペアを出すとかが考えられそうです。

しかし、高い準位と低い準位との差ぐらいでは、粒子の静止質量に見合いません。
たとえば、電子と陽電子のペアを発生させるには、約１ＭｅＶのエネルギー（の準位の差）が必要です。

それは無理なことなので、やっぱり光子を出す、ということだと思うのですが。

回答No.4

mtaka_2007

量子力学的に考えればNo1の方のような回答になると思いますが、よくよく考えると分からなくなります。実はファインマンのお父さんも同じような疑問をもち、理解してもらうのに苦労したといった話しがあったかと思います。
光（電磁波の一種）を吸収して高い準位に移るのであれば、低い準位に落ちる時、その光を放出すると考えればいい？でも高い準位に移るのは、光だけではない？
光から粒子と反粒子が生成されるというのも考えるとよく分かりません。粒子と反粒子の粒が光に含まれている？
物理は原因を考えるのではなく、現象をどのように記述するとマッチするかをかを考える学問と思えばいいのではないでしょうか。

回答No.3

noname#160321

>高い準位にいる電子が、より低い準位に落ちる時、その落差に応じた強い光を出すらしいですが…
強い光とは限りません、弱い光の事もあります。レーザーのように「ポンピング」といって、低い準位の化学種を大量に高い順位に押し上げて、誘導電磁波(光)を当てて一度に大量に発光させると非常に強い光になります。
どうしてエネルギー差を光(電磁波)の形で出さねばならないかについては難しい説明があるのだと思います。
電子が低い準位に落ちる場合、中間にある振動回転励起準位を伝って落ちていくと紫外可視領域の光でなく赤外やマイクロ波の発光になる場合もあります。

回答No.2

debukuro

それと電磁波と光はまったく同じものなのでしょうか？
その通りです
電磁波のうちで私たちの網膜細胞に科学反応を起こして視覚信号を発生させるものを光と呼んでいるだけです

回答No.1

0125mica

波は波長でその性質が示されます。
波長が長い電波（長波・中波・短波・マイクロ波）から
赤外線（熱線）・可視光線（赤・橙…黄…紫）、さらに紫外線、Ｘ線、γ線とだんだん波長が短くなります。これらをまとめて電磁波と言います。
一方Ｅ＝ｈ・νという、プランク定数ｈで関係付けられた振動数νとエネルギーＥを結びつける式があります。
振動数νと波長λとはｃ＝νλという関係があります。ｃ（光の速さ）は一定ですから、振動数と波長は反比例します。

＜ある高い準位にいる電子が、より低い準位に落ちる時＞
そのエネルギーの差Ｅが、Ｅ＝ｈ・ν＝ｈ・（ｃ/λ）となり
このときの波長λがたまたま可視光線（＝光）の領域にあるということです。
もちろん、エネルギー準位の差により、可視光線外（紫外線域など）の場合もありますよ