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2007年4月18日 (水)

アルベルト・アインシュタイン没

相対性理論で有名なアルベルト・アインシュタインは1879年3月14日に生まれ、1955年4月18日に亡くなりました。アインシュタインの業績で一番有名なのは相対性理論に間違いありませんが、ノーベル物理学賞の受賞テーマは相対性理論ではなく、光電効果でした。

 光電効果は真空中で金属に紫外線などの短い波長の光を当てると、その一部が反射されずに吸収されて、金属内の電子が外へ飛び出してくる現象です。このとき、電子は光からエネルギーをもらい金属の外へと飛び出してくるのですが、電子が金属の外へ飛び出すには、ある大きさのエネルギーが必要になります。光電効果の現象をさらに詳しく調べてみると、以下のような面白い現象が見つかりました。

(1)電子は光があたったとたんに金属から飛び出してくる。
(2)電子のエネルギーは、あてる光の波長が短いほど大きくなる。
(3)ある波長より長い波長の光では光の明るさをいくら強くしても電子は飛び出してこない。
(4)電子が飛び出す波長の光では光の明るさを変えても電子のエネルギーは変わらない。
(5)電子が飛び出す波長の光では光の明るさを変えると飛び出してくる電子の個数が増加する。

 これらの現象は、それまで主流であった光の波動説では説明することができませんでした。波動説の立場では、いかなる波長の光でも、明るさを強くするか、あるいは十分に時間をかければ、電子はエネルギーを蓄積して、金属の外へ飛び出してこなければなりません。ところが、現実は予想に反して(1)や(3)の現象を示しました。また、波動説では、電子が飛び出す波長の光でも、光の明るさを強くすれば、光全体としてのエネルギーは大きくなるはずですから、飛び出す電子のエネルギーも大きくなるはずです。しかし、現象は(4)や(5)のようになりました。波の性質を示す光が、このような現象を起こす理由はなぜか、多くの物理学者が頭を悩ませました。光電効果は光が粒子でなければ説明できない現象だったのです。

この光電効果の不思議な現象を正しく説明したのがアインシュタインです。アインシュタインは1905年に「光は振動数(波長)に比例したエネルギーをもつ粒子(光量子または光子)である」という光量子論説を発表し、光の正体を解き明かしました。

もし、光が弾丸のような粒子だったら、光がぶつかったとたんに電子が飛び出るという(1)の現象が成り立つと考えました。また、光は振動数に応じたエネルギーをもつ粒子であるため、光の明るさを強くしても光子1個のエネルギーは変わらないと考え、(2)、(3)、(4)の現象を説明しました。さらに光の明るさが強くなるということは、光子の数が増えることであると考え(5)の現象を説明したのです。アインシュタインが、光が粒子の性質と波の性質をあわせ持った光子であるとを結論づけたことによって、光の波動説と粒子説の論争に終止符が打たれることになったのです。

相対性理論がノーベル賞の受賞の対象とならなかったのは、当時相対性理論を正しいと判断できなかったというのもありますが、彼がユダヤ人であり相対性理論がユダヤ人的考えであるという批判が少なくなかったからだと言われています。

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