量子とは？

背景

辞書による量子の定義は、「プランク定数に関連する放射線の周波数をかけたものに等しい、最小の放射エネルギー量」です。 この定義は、基本的に、マックス・プランクによって定義されたプランクの関係 (E=hf) の方程式を指しています。

プランクが発見したのは、光子（光を含む）は連続した波ではなく、彼が言うようにエネルギーの「束」であるということでした。

光子が波動で移動するとき、それはエネルギーの離散的な束であり、量子と呼ばれます。

光子が波動として伝わるとき、それはエネルギーの離散的な束、つまり量子です。電子が原子の周りを回っているとき、それは量子のエネルギーレベルで見つかります。 電子は特定の軌道（エネルギー準位）にしかいることができません。 電子が軌道間を遷移することを量子リープと呼ぶ。 原子の電子が量子的なエネルギーレベルにあることと、光子が量子的なエネルギーの塊であることの関係は、驚くことではありません。

説明

素粒子の世界の現在の説明は、原子より大きな世界とはまったく異なるので、量子というのは理解しがたいものです。 現在、量子の世界では、宇宙のルールが異なっていると考えられています。 しかし、考え方を少し変えるだけで、量子の世界と私たちが見ている世界との橋渡しが見えてくるのです。

考え方を変えるには、陽子には引力と斥力の電荷があることを考える必要があります。 陽子の構成要素と、それがどのように起こりうるかは、陽子を説明するページで紹介されています。

ドライヤーとピンポン玉を想像してみてください。 ドライヤーは低速で上に向けてあり、ピンポン球は吹き上げる空気の流れの中に置かれます。 ピンポン玉は振動し、空中で定位置に収まります。 ピンポン玉は重力の力で地面に引き寄せられますが、ドライヤーの強制的な空気の力で宙に浮いているような状態になります。 この実験は、家庭でも試みることができます。

この例では、ピンポン玉は 1 つの陽子の周りを軌道上を回る電子と考えられます。 陽子には引力(この場合、地球の重力)と斥力(強制された空気)があります。 陽子と、この引力と斥力という性質に対する誤解が、量子の混乱につながります。

エネルギー波の理論を使って量子を説明する前に、軌道を理解するために、ピンポン玉の実験についてもう少しシナリオを用意します。

• 同じ実験をより重い、強い重力の惑星で行ったと想像してみてください。 ピンポン玉が定位置に収まると、ドライヤーに近づきます。
• ドライヤーを (低い設定ではなく) 高い設定にして、同じ実験を行うことを想像してください。 より強い空気はピンポン玉をさらに押し上げるが、ドライヤーには特定の設定しかない。
• 他の角度や距離からピンポン玉に向けられた追加のドライヤーで、同じ実験を想像してください。 それによって、ピンポン玉が静止できる新しい場所を持つようになります。 これは、原子内の追加の電子が反発力を持ち、軌道の距離が変化するのと同等です。

原子軌道 – 量子エネルギー準位

ピンポン玉のシナリオは、原子内の電子の力を説明するのに最も適した方法です。 エネルギー波動理論からこのモデルの十分な証拠があります。1) 陽子の構造はベータ崩壊実験と一致し、2) 軌道の距離は正確に計算され、3) 電子イオン化エネルギーは最初の 20 元素について計算されました。 原子と引力（F1）、斥力（F2）の例を以下に示す。 力が等しい点が軌道となる。 各軌道には、その距離での電子に対する引力、電気力に一致する関連エネルギー レベルがあります。

Atomic Orbital

陽子の説明は、量の謎の一部分を解決するだけでした。 それは、陽電子に対して同じことをしないのに、電子が陽子の周りの軌道に留まることを説明します。 安定した原子が、その原子核の配置によって異なる軌道を持つことができることを説明しています。

光子の放出 – 量子エネルギーの生成

エネルギーは常に保存されますが、形態は変化します。 電子が原子核に近い軌道に捕獲されると、振動して横波が発生します。 縦波のエネルギーを横波のエネルギーに変えているのです。 光子は横波である。 原子の中の電子から作られるときは、短時間の振動なので、横波エネルギーの離散的なパケット（量子）となる。

電子は、原子の外から取り込まれたり、下のイラストのように軌道間を変化したりします。 しかし、ピンポン玉の例の陽子の構造で説明したように、陽子の数や原子内の他の電子の配置によって、電子に作用する力がゼロになる特定の距離が存在します。 以下は、電子の振動から光子が生成される例の 1 つです。

光子の吸収 – 量子エネルギーの吸収

横波エネルギーを縦波エネルギーに変換し、光子の量子エネルギーも吸収できるのです。 特定の周波数の光子が電子にどのように吸収されるかの詳細は、光子の相互作用のページで説明しています。 つまり、横波によって電子のスピンが速くなり、原子核の間の縦波の振幅が大きくなる。

量子は、素粒子だけに適用される神秘的な現象であってはなりません。 エネルギー準位は、原子内の複数の力が電子に作用した結果であり、電子の運動は、縦波と横波という 2 つの異なる波形の間でエネルギーを変換します

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