光子の周波数

質問

光子の周波数とは何を意味しているのでしょうか？光子を波のように考えると，狭い範囲に局在した波束のようなものとしてとらえるとよさそうですが，普通局在した波束は複数の周波数成分をもつと思うのです．だからといって周波数νの平面波で考えるというのも，違う気がします．どなたかわかる方いらっしゃいますか？

回答No.2

tetsumyi · ベストアンサー

どうも光その物が何か良くわかっていないように思います。
光は波ではなく、光とは進行方向に対して垂直方法に向きがある広がりを持つ電界エネルギーの塊と考えれば良いようです。
光の波としての性質として光の干渉が取り上げられますが、金属でわずかな隙間を作って光を通すと言う方法は電子雲の間を電界が元の特性を持ったまま通過できるはずがなく、波としての性質が現れるように仕組まれた装置と思えて仕方がありません。
いつでも光子は特定の大きさの範囲で電荷に作用する電界エネルギーと見るべきでしょう。

波長と言いますが、実際には光その物には時間や長さはなく瞬間的な電磁現象ですが、この宇宙空間が三次元時空であり距離に対して時間のズレがあるために波長として観測できるだけです。

お礼

ご回答ありがとうございます．

>光は波ではなく、光とは進行方向に対して垂直方法に向きがある広がりを持つ電界エネルギーの塊と考えれば良いようです。

光は波ではないのですか？一般には光は電磁波の一種といわれていますが．

>いつでも光子は特定の大きさの範囲で電荷に作用する電界エネルギーと見るべきでしょう。

やはり光子はエネルギーの塊とみるべきなんですかね．波の性質を持つといっても電場が付随するとかいうそういうものではないのですね．

回答No.5

tetsumyi

素朴な疑問ですが、光が連続した波となる理由が私にはわかりません。
光の発生は、ほとんどの場合電子エネルギー順位が落ち込むことによる電気エネルギーの放出だと思うのですが
これは、時間が掛かったり周期的な振動が関係しているはずがないと思うのですが、
光が連続した波となる根拠がどこにあるのか説明できるでしょうか？

お礼

ご回答ありがとうございます．

>光の発生は、ほとんどの場合電子エネルギー順位が落ち込むことによる電気エネルギーの放出だと思うのですが

たしかに光の源を突き詰めていけば，原子が基底状態に戻るときの光子の放出に行きつきそうな気がします．その光子たちが大量に集まったら連続スペクトルに見えそうですが．

あまり詳しくないのですが，荷電粒子を加速した際の光の放出はどうなのでしょう．放出される光の周波数は電子の加速度に比例するはず．瞬間的には単色の光が放出されるのでしょうが，すこし時間間隔をとって観測すれば，（電子の運動が等加速度運動でなければ）連続スペクトルが見えそうですが．

回答No.4

noname#175266

粒子と波動の両方の“性質を持つ”ことがよくわかってないのですね。

波動方程式の解は端がありません。これは波です。
では粒子は？

お礼

ご回答ありがとうございます．

>波動方程式の解は端がありません。

端がない？無限に波が存在可能ということですか？

>では粒子では？

どういうご質問でしょうか？

回答No.3

leo-ultra

> 周波数νの平面波で考えるというのも，違う気がします．

光は１秒間に地球を７回り半します。3x10^8 m/sec
（進行方向には）平面波で考えていいのでは？

黒体輻射で発生する（インコヒーレントな）光でもコヒーレント時間は１マイクロ秒くらい
あるでしょうから、3x10^8 m/s x 10^-6 sec = 300 m
300mにわたって平面波が乱れていない。

> 光子を波のように考えると，狭い範囲に局在した波束のようなものとしてとらえるとよさそうですが

光は１秒間に地球を７回り半しますから、局在した波束じゃないでしょう。

> 局在した波束は複数の周波数成分をもつと思うのです

フェムト秒レーザーで非常に短い”波束”的光を作ると、単一の周波数が定義できなくなり、
周波数に幅ができます。

お礼

ご回答ありがとうございます．

>300mにわたって平面波が乱れていない。

これは300 mにわたって光が存在可能という意味でしょうか．かなり弱い光でもコヒーレントな光であれば（極端に言えば単一光子でも）長距離にわたって同時に存在可能ということですか？

>光は１秒間に地球を７回り半しますから、局在した波束じゃないでしょう。

局在した波束でも1秒間に30万km進むのではないですか？

回答No.1

雪中庵（@psytex）

波束というならば、それは静止質量を持つ素粒子の方ですね。
光子（=量子、電磁波）は、エネルギーが振動数に比例する
（速度が一定なので波長に反比例）する、単純な波動です
（「束」になっていない）。

お礼

ありがとうございます．

単純波動ですか．そうですね波束だと単一周波数じゃないですものね．