光の発生と距離
粒なのか波なのかっていうどっちかのカテゴリーにしなくてもさ、もうじゃあもう新しいものとしてさ、もう光っていうカテゴリー作っちゃえばいいんじゃね?とか思うけど。
ああ、そう素晴らしい視点ですね。
レンです。エマです。サイエントークは、研究者と普通の人が科学をエンダメっぽく語るポッドキャストです。
普通の人で笑っちゃうな。ちょっと慣れるまでこれ笑っちゃうかもしれないけど。
いやーちょっと今日はね、真面目な科学の話しますけど、星ってめっちゃ遠くにあるから、昔の星の姿見てるんだよって話聞いたことないですか?
ありますね。何億光年とか何万光年とかかけて届くから、だから今見えてる光は実際は今のじゃなくて何万光年前の光とかね。
そうそうそう。じゃあちなみに月ってどんぐらい前の月見てるって知ってます?
月はでも近そうだよね。なんか5分前ぐらい。
5分前?全然違いますね。
長い?短い?
短い。もっと短い。
もっと短い?じゃあ1分前?
1分前。もっと短い。
2秒前?
まあ惜しいですね。これ1.3秒前。
じゃあほぼリアルタイムで見れてるっていう感じですね。
月ぐらいの距離だったらだいたい1.28秒とかだったかな。だいたい約1.3秒かかってるんですけど、距離が38万キロメートルぐらいで、月って。
で、光の速さは秒速30万キロ。なんでそれぐらいなんですけど、じゃあ太陽で光が生まれて月に反射してそれを僕ら見てるわけじゃないですか。
はいはいはい。
じゃあ太陽で光が誕生してから月に当たって僕たちが見ているって考えたら、どれくらいかかってると思う?
えー、1分ぐらい?
1分ぐらい。
30秒ぐらい?
30秒ぐらい。
あの本当に光が誕生するところからね、考えたらなんですけど、17万年かかってます。
え?光が誕生するってどういうこと?
だから光っていうものがこの世に太陽で生まれてるわけじゃないですか。
うんうんうん。
その誕生してから僕たちに届くまで。
え、それってつまり光が発生して月に行って、その月が地球に行くのが17万年かかってるってこと?
そうそうそう。だからまあ月じゃなくても僕たちが今見てる太陽あるじゃないですか。
まあ月まで1.3秒だけなんで、正直太陽も17万年前の光を見てるんですよある意味。
え、そんなに遠いの?太陽って。
いやこれはね、距離だけだと説明できない。
距離だけじゃなくてその発生っていうところが関わってるっていうことなんですかね。
そう。純粋に距離だけで言ったら、太陽から地球に光が届くまでの時間は8分20秒。
おーはいはいはいはい。
だけど17万年って意味わかんないですよ。
光の正体の探求
意味わかんない。誕生っていうところが意味わかんない。
うん。なんで今回この話もするんだけど、結局じゃあ光って何なのっていう、光の正体みたいな話をずっと避けてきてるんですよね。
うんうん。確かに。
なんか粒なのか波なのかよくわかんないっていう状態なのかな?
そう。でめっちゃ難しいのよ。これ歴史の流れとして、粒ですって言って、波ですって言って、波であり粒ですって言って、波でも粒でもないかもって言ってる。今。
うーん。
もうカオスなんすよね。
いまだに正体わかってないってことですか?
いまだに不思議なところが残ってる。
ほうほうほう。
なので、まあある意味これが正体だよねっていうその一番分解したところ、そこまではわかったんだけど。
その動きがよくわかんないとこはまだ残ってるっていう、すっごい今曖昧な存在なんですよ。光。
視覚の歴史
はい。
なんでそれをちょっと整理して、でこの光っていうものの正体を突き詰める歴史も含めてストーリー的にめちゃくちゃ面白いなと思ったんで、今回調べてきました。
はい。
で、まあ光の速さの話も結構難しかったっていう人いるかもしれないけど、なんとかなります。
はい。
大丈夫、最初めっちゃ簡単なとこから入るんで、なるべく楽しく話せるように頑張る。
まあふわっとでもね、理解できたらちょっと嬉しいですしね。
そうそうそう、今の光ってそんな感じなんだっていう、まあ結構ね、一番今最先端の研究でもわからんなっていうこととか起きたりするんで、
そういうのも一応ね、曖昧なこととしてちゃんと、あ、これは曖昧なんだっていうのを伝えたいなと思います。
そうだね、とかなんか今の最先端の技術で何が不思議だと思われてるのかっていうところがちょっと気になりました。
うん、そう、いや本当ね、これめっちゃ不思議だわっていうことが起きるんで、この後説明しておきます。
はい、お願いします。
ここでNodeVPNの紹介です。
NodeVPNは専用アプリからたったワンタップでインターネットのセキュリティ対策ができるサービスです。
NodeVPN使ったら、あのフリーのWi-Fiとかを使ってもセキュリティ的に安心っていうサービスなんだけど、
そういうのっていろいろあると思うけど、NodeVPNすごいいいなって思ったところがめっちゃお得っていうところで、
一つのアカウントで一回お金払ったら10台のデバイスにつないことができる。
いや10台はやばすぎ。
そうそうそう、で私スマホとタブレットもそれにつないだし、で君は?
スマホとか普通にパソコンとかで使えるし、別に1個のアカウントで複数人が使ってもオッケーなんで、それがめっちゃいい。
そうそう、だから家族にもあげられたりとか、友達にも貸してあげられたりとかするし、すごく融通が効くというか、いいなって思いますね。
あと旅行にも結構よくて、まあ旅行行ったときにどっかのWi-Fiつなぐときも安心っていうのもあるんですけど、
例えば海外だったらその行き先のところのサーバーにつないで、でそこから予約したら安くなったりするパターンがあったりとか、
当然海外行ったときも割とね、フリーWi-Fiどこでもあるんだけど、まあこのノードVPN使っといたほうが安心みたいなのは結構自分で、この間も旅行行ったときそれ使ってたし。
そうだね。
まあ安心ですよね。
しかも海外行ったときに日本のサーバーにつないだら、日本でしか見れないようなものが見れて、特にヨーロッパとかってあのヤフー系だいたい見れないんですよね。
ヤフーニュースとかヤフーチェブクロとか、ちらっとなんか調べ物とかしたいなって思ったときに、結構無理ですみたいな書かれたりすることがあって、結構それがストレスになってるんですけど、
まあそういうときに日本のサーバーにつないだら、いつも見れてるものがすぐ見れるので、すごいありがたい。
まあそうね、だから日本の人も逆に日本以外のサービス使えたりとか、その逆もあったりとか。
そうだね、海外行ってるときに日本の使えたりね。
そう、結構簡単にアプリでね、できるんで。
そう、本当にね、もうそれこそワンタップでポンポンポンポン押していろんなとこに帰れるから面白いですよね。
そう、これなんかめっちゃいいなーと思って、だから紹介してるんですけど、結論は普通に僕らも使ってるし、結構いいサービスですよっていう。
いや、めちゃくちゃいいと思う。
うん、ことっすね。
やっぱ安心感がありますよね、使ってると。
まあ、流出したことあるからね、カード情報が。
カード情報を流出したことある身としては本当にありがたい、そして楽しい。
なので、ぜひこの概要欄のリンクからチェックしてみてください。
30日間だったら全部お金返ってくる保証付きなんで、リスクもなく試せるかなと思います。
そうですね。
で、あと、これもうCM入るの3回目なんですけど、今回が最後で、このサイエントークリスナー限定の割引クーポンもあるんで、
概要欄にあるリンクからアクセスして、ぜひね、大幅割引とか期間延長の特典を使ってみてもらえると嬉しいなと思います。
今がチャンスです。
はい。
じゃあ早速、ヒカリの正体の話やっていくんですけど、
これまた本当に初期の初期からやります。
もう学問とかなかった時代からやります。
はいはいはい。
本当に知識なかったら、目で物が見えるっていうのってものすごく不思議だなと思うんですよ。
はいはいはい。
なんていうか、僕が子供の時の話で、その目で物が見えるって、最初は光が目に入ってくるっていうよりかは、目からビームみたいなのが出てて、それで見えてるんじゃないみたいな感覚がうっすらあった気がするんよ。
でもちょっとわかるかもしれない。
わかる?
普通に世界を眺めてたら、奥行きがあるわけじゃん?
で、奥の方、遠くを頑張ってみようとしたり、近くを頑張ってみようとしたりとかして、私たちは視界を調整してるわけだけど、だからこっちから見に行くっていう感じがするけど、
でもそういう奥も近くもすべて光として目の網膜の表面上で起きてること?
光を受け取って認識してるっていうのは確かに、言われてみたら直感と反する感じがするよね。
そうだよね。今は常識すぎてあんまり思わないかもしれないんだけど、直感で言ったら情報を取りに行ってるっていう意味で言うと、目から何か出てそうみたいな発想もありかなって気がしてて。
これが紀元前300年頃の古代ギリシャの学者たちが思ってた目が見える仕組みなんだよね。
これ、プラトンとかね、サイエントークでも昔やったんですけど、プラトンさんが言ってて、目から視線っていう、僕らは今も視線とか言いますよね。視線が合うとか。
その視線が目から出てて、物に当たって、それで視覚が成立するっていう風に考えてた。
じゃあ言ってみたら、鯨とかイルカとか、よくわかんないけど、そういう動物が音波を出して反射する、その距離か時間かなんかで位置関係を把握するみたいな言うじゃん。
そういうのがその視界でも起きてたっていう風にプラトンたちは考えてたっていうことなのかな。
性格にはちょっと違って、イルカとかは音波出して、跳ね返ってきたやつを感知してるわけじゃん。
だけどプラトンは視線が出て、それが物にも下界の光が当たっていて、それが融合して視覚っていうものとして成立するって考えてた。
だから反射して帰ってくるとかじゃないの。
じゃあもう出て終わりっていう感じなんですかね。
そう出て終わり。だから結構哲学的な感じなんだよね。
そうだね。今の科学を知っている私たちからしたら、やっぱり感覚なんだから受け取らなきゃいけないじゃんとは思うけどね。
まあね。
そんななんか自分で出したもの、その出した先のものが感覚として脳に伝わるなんてないじゃん。
まあそうだね。体の外で感じるって何っていう感覚だけどね、僕たちは。
だからそこがちょっと違ったのかなと思って。
で、昔頭良い人たちみんなこの考え方だったんだよね。
で、ユークリッドっていう人も同じ時期に活躍してた人なんだけど、その人も物が近いと大きく見えて、遠くのものはちっちゃく見えるっていうものも、この目からビームが出てるっていうこの視線っていうもので考えられるし、それを計算もできると。
どれぐらい離れてたらこれぐらい小さくなるとかね、例えば。
まあ気化学っぽい感じするじゃないですか。
じゃあ遠くに行けば行くほどなんかビームの届きが悪くなるからちっちゃく見えるみたいな、そういう考え方だったっていうことなのかな。
ああまあそう、届きが悪かったっていうのもあるかもしれないけど。
まあまあ確かにそう考えると、なんか本当に遠くにあるものでどんどん見えなくなっていくから、説明としては成り立ってる感じはしますよね。
まあでもどっちかというとね、サイズかな。大きさを測るっていうところの方がわかりやすい。
まあ遠近法みたいなものが計算できるよねみたいなことですね。
遠近法が計算できる。
このぐらいの距離で何センチものは遠くに行ったら何センチぐらいに見えるとか、そういう計算ができるわけじゃないですか。
ああ確かに、図形的に?
そうそうそうそう、図形的にっていうのがある。
で、これを信じてるってことは、まず目から出てるもので直進してるよねっていうのがまず一つ言える。
で、あとは鏡とか水面とか、そういったものを見たら反射して見えるじゃないですか。
だからこの視線は反射してその先のものに届いて、それでも視覚は成立するっていう説明をしてたんだよね。
だからこの直進するっていうのと反射するっていうので一応説明はできてたと、身近なものを。
まあなんか言ってみたらなんか目から光が出てるみたいな感じかな。
まあそうだね。
なんか光も反射するじゃん、なんか。
だから本当にビーム出てるみたいな感じよ。
光の古代の誤解
そうそうそうそう。
で、こっから1000年ぐらいはもうずっと目からビーム出てると思ってたよみんな。
視線で説明してた、目が見えるってことは。
1000年ぐらいってことはだいたい何世紀ぐらいまでそれが信じられてたの?
本当ね、11世紀ぐらいまで。
うーん、だいぶ最近まで、最近って言ったらあれだけど。
最近ではないけど、相当長いよね。
1000年間も知らない、そういうふうに思われてたんだ。
そうそうそう。
で、まあその11世紀頃に、まああのやっぱ視線だけだと説明できないよねっていう人がようやく現れる。
まあその素朴な疑問で、この視線じゃ説明できないよねっていうことが出てくるんだけど。
うん。
それは何でしょう?
ヒントは?
ヒントは、まあ空見るってことですね。
目からビーム理論だと、空見て何か成り立たないことが起きる。
うん。
うん。
空が青い、関係ないか。
空が青いは関係ないね。
えっと、星とかが見える、すごい遠いのに見えるのは。
うん。
この目からビームの、こう届く範囲よりもすごく外にありそうな感じ、すごく遠いものなのになぜか見えている。
あ、そうそうそうそう。
めちゃくちゃ遠いって思われてる天体をちゃんと見える。
うん。
っていうのは、なんかこの目からそういう視線が出てたら、これ本当に届いてんの?っていう疑問。
うんうんうん。
で、まああともう一つは、太陽を見ると目痛くなるじゃん。
うん。
あれは何で?っていう。
ほうほうほう。
すごく単純なことっすね。
だって視線が、太陽ってものに当たったら、何で自分たちは痛いって思うの?っていう。
うーん、目からビーム理論だと、
うん。
まあ本当に目からそのビームが出て、で、そこで太陽と当たって見えるっていうだけなのに、
何故か見てると、その目表面が痛くなってくる。
何で?って感じじゃん。その辻褄が合わないわけよ。
うんうんうん。
っていうので、もしかしたらこれ逆なんじゃない?って思った人が、
これイスラム世界のイブン・アル・ハイサムっていう人がいるんだけど、
はい。
この人はもう光学の父とか言われる人なんだけどね。
うんうん。
イラクで生まれて、エジプトのカイロにいた人なんですけど、
この人は逆に目からビームが出てるんじゃなくて、光は物から出て自分たちの目に入ってくるっていう、
これ流入説って言うんだけど、
うんうんうん。
それが真実なんじゃない?っていう発想の転換ですよね。
そうですね。
今の2つってさ、別に科学技術が発達したからこそできる発想とかではなく、
普通に誰でも思いつこうと思えば思いつけるじゃん?
まあそうだね。
そうそう。でもやっぱり、1000年間も誰も思いつかなかったっていうぐらい、
この目からビーム理論は多分私たちの直感に合ってるっていうことなんだろうね、じゃあ。
ニュートンと光の粒子説
僕らが教科書とか読んでなかったらもしかしたらね、それを信じるってことですよね、だから。
うんうんうんうん。
まあっていうのがあって、で、あとそれだけじゃなくて、ピンホールカメラみたいに暗い箱にちっちゃい穴をピッて開けて、
ろうそくの光とかその中入れたら、あの光が直進するんで、このろうそくの像が逆に結ばれますっていう実験。
多分小学校とかでやるかもしれないけど、まあそういうのがあって、実際そういう光の動きみたいなのを考えても、やっぱり目からビーム出てるって考えると、
そのろうそくの像が逆に見えるとか、そういうの説明できないわけですよね。
うん。
で、そっからまた600年700年ぐらいは何にも進展しない。
うん。
いろんな実験してた人いるんだけど、で、次に光の正体がなんかちょっと分かってきたぞってなるのが、もうニュートンの時代なんですよね。
17世紀とか。
うんうんうんうん。
そこまで光の本質って結局何だろうっていうのは全然分かってなかった。
はい。
で、出てきたのが光って粒なんじゃないっていうのがニュートン。
うんうん。
まあ粒々だとすると結構説明はできることもあって、だから光がまっすぐ進む粒ですって考えたら、
まあ光であの鏡で反射するっていうのをなんか物理っぽく計算できる。
っていうのは?
粒の動きとして計算するみたいなことができる。だから角度がこれぐらいだったらこう出てくるよねとか、
あとはレンズで屈折するして光の進路が変わるよねとかも、その粒子が水だったら水の中の引力に引っ張られて曲がってるみたいな説明をするわけよ。
実際にその粒を何かに投げてで跳ね返ってくるような動きと同じようななんか計算であの光が説明できるみたいな、そういうイメージですかね。
そうそうそうそう。
水に入れた時に粒がどういうふうに動くかっていうところの、これまで考えられたその物理法則と同じことがまあ光でも成り立つよねっていう。
そう。まあこの時に光って粒だよねっていう人以外にも波だよねっていう人も実はいたんだけど、
ニュートンのパワーが強すぎて、ニュートンって他にもその万有引力とか運動方程式とかすごいこといっぱいやってるわけなんで、
ニュートンが言うなら信じるってなるよみんな。だからみんな光は粒だよね、ニュートン言ってるしってなるんだよここで一回。
まあ実際違うんだけど、例えばニュートンが言うように光が粒ですっていう話なんだったら水たまりとかに油の膜とかが浮いてたらさ、なんか虹色に見えたりすんじゃん。
虹色のシマシマ模様が見えて、あれ何?ってなる。だから粒だけだったらそういう光がこうシマシマに見えたりとか、
シャボン玉とかもさ、表面なんか虹色に模様見えたりする時とかあるじゃん。あれも粒々だと説明できないんだよね。
波だったら説明できるの? そう、波だったら説明できる。波ってさ、例えば水たまりに石とか投げたらさ、シマシマ模様に広がっていくわけじゃん。
だからそういうシマシマ模様とかは波だって考えたら説明できるし、
あと反射とかも一応波は説明できるんだよね。 じゃあ、粒でも反射は説明できるし、波でも反射を説明できるけど、
シマシマ模様の場合は粒だと説明できなくて、波だと説明できるから、まあ波の方が説明できる範囲広いよねみたいなことで、波派の人は光は波だって言ってたみたいな。
だけどその人たち、ホイヘンスっていう人が波って言い始めてるんだけど、ニュートンの権力が強すぎて、なんならニュートンはそういう説明できないやつを光の病気って呼んで、それ以上めっちゃ研究したわけじゃない。
研究しようとしたのかもしれないけど、まあやっぱ粒だけだと説明できないんだよね。
じゃあニュートンはそれ以上光について負荷を負いすることはなかったっていうことなんですかね。
そうだね。でもうここから100年以上ずっとその状態が続いて、でもう17世紀終わりは、まあ粒っていう派が主流なんだけど、まあ波派もいるよね。
光の波としての理解
実際どっちなんだろう。で波派の弱点は、結局波は何かを媒介しないといけないんですけど、まあ水の波だったら水ですし。光は何で媒介されてるんだって話、前もしたんですけど覚えてます?
エーテル?
そう、あの一旦よくわかんないからエーテルっていう謎の物質を仮定して、まあ光はそういうまだ見つかってない物質を伝わってる波ですって言ってたんだよね。
だいぶ苦しい説明だよねこれも。
そうだね。
これはまあ光の速さの時にもちょっと出てきた話なんだけど、だからどっちの理論もまあ説明できる部分もあるし説明できない部分もある。
そこから100年後にヤングの実験っていうめっちゃ有名な実験があって、これね結構最も美しい実験の一つにも数えられるようなヤングの干渉実験ってやつか、1800年の頭にやられた実験があって、これめっちゃシンプルなんですけど、目の前に紙があったとして、紙でも壁でもいいんだけど、でその壁に数字の11みたいに縦長の穴2つを開けますと。
でその奥側に別の壁、まあ光を感知する壁みたいなのでもいいんだけど、そういうのを置いた時にそこを光を通したらどうなるんだろうねっていう実験があるんだよね。
でじゃあ例えば缶スプレーみたいなのでさ、あのシューって塗るスプレーあるじゃん、あれをこの縦長の穴2つに吹きかけたら奥にはどんな模様ができる?
11。
11ができるじゃん。でこのスプレー缶ってまあ言ったらインクのつぶつぶが飛んでってるわけなんで、そのまんままっすぐ飛んでって11が浮かび上がってくるわけだよね。
なんだけど光を通すとどうなる?
強め合うところと弱め合うところで、なんか波みたいになる?
そうそう、シマシマ模様が出てくる。
そうそう、11ではなくなるね。
そう、そうなんだよね。11って浮かび上がるかと思いきや、まああのシマシマ模様ができてくると。
ってことはもうこれ完全に波じゃないと説明できませんよねっていう結果だよね。
でこれで一気にニュートンやっぱ間違ってたかもしれないっていう派が今度主流になってきて、光波じゃねえってなる。
まあすっごいこれ単純な実験なんだけど。
で、そのちょっと後の時代でマックスウェルっていう人がね、これはあの詳しく言わないけど前サイエントックでも話したんで、理論系の人で光は電磁波だっていうのを理論的に導いた人が出てくる。
これはなんで導かれたんだっけ?どういう感じで?
これは電気と磁場の関係を調べてたら、電磁波っていう波がおそらく発生しているっていうのが分かって、
その電気と磁場が相互に関わり合って空間を進んでいくっていう波があるんじゃないかっていう。
まあこれ理論的に予言したってことなんだけど、その波の速さが光の当時の知られてた速さと同じだって分かった。
ってことは光も電磁波の一種なんじゃないの?って計算上もなったってことだよね。
だから理論的にもう波だ。で実験もなんか波っぽいっていうのが揃って、
じゃあ光は電磁波の一種でやっぱり波だーってなる。めでたしめでたしって一回なるここで。
まああとあの水の中の方が光進むスピード遅くなるっていう実験、まあ風光の実験っていうやつがあるんだけど、
これ前ちょっと出したかな?覚えてないかもしれないけど、光って水の中だとスピード遅くなるんだよね。
それも波である照明の一つでしょうとか。
そうなの?光が波だったら水の中の方が進むの遅いの?
これ全く同じ話この間したんだけどもう一回説明するか。
粒子だと水の方が空気より密度が高い。
ってことは粒子派のニュートンの説明でいくと、密度が高い方が引力が大きいわけじゃないですか。
物を引っ張る力が強い。なんで光がそこに向かっていくスピードが上がる。
で水通したら光って速くなるよねって思われそうになる。
だけど実際は遅くなって、波だとそういう媒介するものが変わったりするとスピード遅くなるっていうのがあるんで、
実際光のスピードも測れるようになって遅くなってるってわかったんで波なんじゃないってなっちゃう。
波だと遅くなって、粒だと速くなる?
うん。
実際遅くなったから波だねっていうことですね。
そうそう。でまぁあとは電磁波自体も反射しますよ、屈折しますよとか、そういう性質がどんどんどんどん実験的にわかってきて、
光が電磁波だっていう見方がどんどんそれも強まっていって、電磁波って見えないものもいっぱいあるけど、その見える部分が光の正体だっていう、特定の波長だけ見えるのが光の正体だってなる。
じゃあ電磁波はいろいろなものがあって、そのうちの一部が光っていうこと?
そう。これはまぁ実際そうなんですけど、例えばめちゃくちゃ波長が長いラジオの電波とかWi-Fiとか、ああいうやつって波長がめっちゃ長くて、
で僕たちの目を通り抜けちゃうぐらい波長が長い。波長が長い方がこう物を回避して進めるんですよね。
今ちょっとイメージだけ伝えるんだけど。だから僕らの網膜も通り抜けていってるんですよ全部。だから見えない。
じゃあ波長が短い方、でめっちゃ短いやつ、そういうものは短すぎて、今度目に入ってくるときに目の表面とかにもう全部吸収されちゃって、だから網膜までたどり着かない。
短すぎると吸収されちゃうんだ。
光の波と粒の性質
日焼けとかもさ、肌の表面が日焼けするじゃないですか。紫外線とかで。あれも要は人の体を通過できないから皮膚の表面が赤くなったりしてダメージ受けてるわけ。紫外線を吸収してるわけですよね、肌で。だから日焼けってする。
長すぎたら通り抜けちゃうし、短すぎても通り抜けられない?
通り抜けられない。
あれじゃあ、私たちが見えてるのは、何が起きてるの?私たちが見えている波長では。
私たちが見えている波長は、長すぎもせず短すぎもせずっていう絶妙な波長を持ってるやつだけが網膜に届いて見えるってこと。
で、今の波長の説明とかもしたけど、この辺まで分かってくると光の正体はナミデスで完全決着するんですよね、一旦この時代では。
でもエーテル問題は解決してないけどね。
エーテル問題は解決してない。
解決してないけど、そこは謎だけど、他の部分では波論の方が粒論より勝ってるよねみたいな感じで、当時は波が主流になったっていうことですかね。
まあそうだね。実験的にはもう完全に波だし、エーテルはまだ見つかってないけど、それで矛盾した説明とかはそんなに起きてないわけじゃん。
だからナミであるのは間違いないよねって。あとは倍出みんなで見つけようぐらいな感じになってたんだけど、ナミでもやっぱり説明できないぞっていうのが1800年代後半に出てくる。
で、これが光電効果っていうやつですね。
はい。ちなみに光電効果って光と電気のっていう感じ?
そうそうそう。で、これまさしく光を当てたら電子が飛び出すっていう現象なんだけど、簡単に言うとね。
で、これめっちゃ複雑なんでちゃんと説明しようとすると。今ナミで説明できないっていうそういう現象があるんだなって思えばよくて、金属の表面に光を当てると電子が飛び出すっていうのが実際起きるんですよね。
で、じゃあナミだった場合はめちゃくちゃその当てる光を強くすれば強くするほど電子が勢いよく飛び出すっていうふうに思われてた。
でも実際は光めっちゃ強くしてその勢いが変わるっていうわけじゃなくて、光の色?周波数ですよね。によって電子が飛び出すかどうかが決まる。
赤い光当てた時と青い光当てた時で電子が飛び出す勢いが変わりますみたいなのって、ただのナミですっていうだけだと説明できないっていうことが起きるよね。
そんな詳しく言わないけど今。で、逆にこれは粒子って考えた方が説明できる。
まあ今便宜上赤い光と青い光ってことにするけど、赤い光の方がエネルギーが高い粒子が飛んでって言ってて、エネルギー高い粒子が当たったら電子は勢いよく飛び出す。
で、青い光の方がエネルギーが小さい粒子だとしたら電子飛び出していく勢いも弱くなるよねっていうそういうイメージ。
だからただナミが当たってるっていうわけじゃなくて、この周波数に比例してエネルギーが変わる粒子だっていう説明をすれば、この光電効果ってやつも説明できるぞっていうのを言ったのがアインシュタインなんだよね。
周波数に応じて?
周波数に応じて粒子のエネルギーが変わるっていう。
だからそういうエネルギーの玉なんじゃないっていう光の正体は。
なんかあんまりピントきてないけど、とりあえずこの現象はナミだと説明できなくて、エネルギーの玉だと考えると説明がしやすいってなった。
そう、説明しやすいというか、そうじゃないと説明できないってなった。
ちなみにエーテル問題に関してはさ、なんかちょっとよくわかんないけど、でもナビンってなったじゃん。
粒だと説明できるけどナミだと説明できないっていう状態だけど、これは一旦置いとこうってなったじゃん。
でも今のその光電効果については、同じく粒だと説明できるけどナミだと説明できないっていう状況だったけど、
なんでこの光電効果の方が決定的にこれについてはちゃんと粒説をもう一回考えなきゃいけないっていうような風潮になるような決定的な現象だったわけ?
まあ決定的というよりかはナミで説明できないこともこうすれば説明できますよねっていうのが粒子っていう説明じゃない?今の。
だけど粒子の説明だけだと今までのナミだよって言ってたシマシマ模様できるとかそういう説明はできない。
だからどっちも完璧に説明はできないという状況になるわけこれ。だから組み合わせたらいいんじゃない?ってなる。
じゃあ光電効果に対する解というかそのアインシュタインの説はナミでもあり粒でもあるっていう説ってこと?
アインシュタインの発想
もう粒っていう説明。連続してナミじゃなくて粒。だけど光電効果以外のことを考えたら粒だけだと説明できないからその時はナミって考えたらいいんじゃないっていう解決策。
じゃあ光電効果の時は粒ですよ。それ以外はナミです。ナミとしてもいいけどこの時だけは粒として考えましょうよみたいなそういう説だったってこと?
そう。そんなのありって感じじゃない?
それだったらさ、これまでもさ全部そうじゃない?なんかその媒介するものがない。それだったらその時は粒って考えて、そのさっきの11?何実験だっけ?スリット実験みたいな。
ヤングの鑑賞実験っていう。20スリット実験ですね。
ヤングの鑑賞実験の時はナミって考えましょうよみたいなさ、そんな中全部で言えちゃうじゃんって思ったけど何がその革新的だったんだろう?
何が革新的だったかっていうと、その2個の性質っていうものを合わせ持っているものって世の中にないわけじゃないですか。粒は粒だしナミはナミ。
で、ずっとそれのどっちだっていうのをやってたんだけど、もうこれどっちもなんじゃないっていうのをこれ受け入れるって結構さ受け入れ難いことだと思わない?
固いね。
例えばだけど、スーパーボールとシャボン玉が合体したって考えるとかって、僕らさ普通に考えたらありえないんだけど、ある時はスーパーボールみたいにポンポン跳ねますと。
だけどまたある時はシャボン玉みたいにふわふわ飛びますと。そんなもの僕たちの日常にないじゃない?光ってそういうのあるっていうのを認めるってことだよねこれ。
粒でもありナミでもある。だから2個のものを同じで、その実験の状態とかその方法によってどっちの性質かっていうのが変わる。二重性って言うんだけど。
っていうそういうスーパーボールシャボン玉的な発想っていうのがもう光の正体って言ってもいいんじゃないかっていうのをアインシュタインが提案した。だからこれもある意味発想の転換ではあるんだよね。
そうだね。
そんなこと今で考えた人誰もいなかったの。っていうのがこれ光の二重性っていう話。だからなんとなくこんだけあってナミでもあり、まあ説明つくし、粒でも説明できるってなったらもうどっちも持ってるってことかってなるのはさ、こんだけ何百年も人間やってきたからしゃーないかってならん。そういう話なんだよねこれ。
ていうかさ、もうそんな粒なのかナミなのかっていうどっちかのカテゴリーにしなくてもさ、もうじゃあ新しいものとしてさ、もう光っていうカテゴリー作っちゃえばいいんじゃね?とか思うけど。
ああそう素晴らしい視点ですねそれは。そうなるんですよ。だからそういう今までの物理学じゃ説明できないっていうのが出てきちゃったんで、じゃあこれはもう全く新しい概念を作らないといけない。
それが光は光子っていう光の子って書いて光子っていうもの、これ粒の時もあるしナミの時もあるってものを新しく定義して、これは量子の一種ですっていう新しいカテゴリーができる。
だからこれが量子論って言われてるやつがここからまた広がっていくって感じなんですけど。
じゃあ量子論の始まりってその光からなの?光の議論から始まったの?
前にプランクさんの話したときに死骸破綻っていう話もこれ難しい話だったけどしたんですけど、そういうエネルギーの塊っていう概念が量子っていうものがもともとあって、
で光でもこういうわけわかんないことが起きて、光もめちゃくちゃ小さい粒って考えたら光電効果を説明できたわけじゃん。
だからこれが後々の時代でこういう量子っていうカテゴリーの中に光も入ってるんじゃないっていう風になっていくって感じ。
じゃあ先に量子論があって、光がわけわかんなくなってきたけど、量子の中の一部かもしれないよねっていうところで量子と光を結びつけたみたいな、後から結びつけたみたいな、そういう感じかな。
量子論の始まり
そうだね。一回そこの量子論っていうのを整理するっていうフェーズが、これまたこの先の科学誌で出てくるんだけど、
アインシュタインは実は量子みたいなものを認めない派なんだよね。神はサイコロを振らないって聞いたことない。
分かんない。 聞いたことないか。アインシュタインは結局カッチリ計算して、そんな運で決まるみたいなことは世の中で起きないっていう派なんだけど、
量子論って確率を認めてないといけない。ある時はAだけど、また違う時見たらBみたいな、またかサイコロ振って決めてるかのような
現象を認めてるのが量子で、アインシュタイン自体はそれはあんま認めないって立場なんだけど、そこで大激論が起きて、ようやく量子っていうのが認められるっていうのがこの先の時代に出てくる。
だからその前のフェーズなんだよね、まだ。 アインシュタインはもう最後まで確率論を認めなかった?
そうだね。だけど光子っていう、光は粒子ですっていうのを出してるのはアインシュタイン。アインシュタインはこれでノーベル賞を取るんですけど、
光の正体って結論、エネルギーの最小の単位、光子っていうやつが光の正体だってなるんですけど、これが未だに現代でもよくわかんないことが起きる。
1個だけ紹介するんだけど、例えばね、さっきの二重スリット実験ってあったじゃないですか、11の穴に光通すってやつ。
あれを光子の最小単位の一粒ずつ飛ばすっていうのが一応できて今、現代で。 それやったらどうなると思います?粒として飛ばす。
光子の粒をさっきの二重スリットに通させるってこと? そう。
でも二重スリットって結局、さっきの実験では波になったよね。だからなんか波になるじゃん。
そうそうそう、波になるんですよ。でも一発ずつ打ってるから、直感的には11になってもよさそうじゃん。
ちゃんと見てるはずなんだけど、その一発ずつっていうのを。 なんだけど結果シマシマになっちゃう。
ちなみに光子1個1個はもう本当にその最小単位っていうのは、そこは実験的に確証取れてるところなの?これがもう最小単位ですみたいなのが。
そこはそうだね。 だけどその最小単位をポコって1個二重スリットに通しても、結局その1個が波になっちゃう。
波になっちゃう? うんうんうん。 まあそれはまあそのポンって飛んだやつが右側と左側の穴どっち通ってるんだろうとかで、
まあその最終的に波に、いっぱい打ったら波になっちゃうっていうのはなんかなんとなくわかりそうじゃん。
その穴を通り抜けるちっちゃい光の球が通るルートが毎回違って最終的に波波模様になってるのかなっていう見方もできるじゃん。
じゃあ1個だけじゃなくて結構何回も打ってるんだ。 ああそうそうそうだから点点点でシマシマ模様できるみたいな感じ。
じゃあこれ右側の穴と左側の穴どっちが電子通ってるんだろうって気になるじゃん。打つたびに。
孔子? 孔子。でセンサーをつけるんですよこの穴に。右の穴を孔子が通ったら反応するセンサー。左通ったら反応するセンサーつけるじゃないですか。
それつけたらシマ模様じゃなくて11になるんですよ模様が。 どういうこと?センサーつけたら?
センサーをつけて今の孔子は右行ったな、今の孔子は左行ったなみたいな観測をするじゃん。したらシマ模様できなくなるんですよ。意味わかんないでしょ。
でもそのセンサーをつけなかったら右行ったか左行ったかわかんないけどどっちか行ってるわけだよね。 どっちか行ってる。どっちか行ってる時は波になる。
波になる。 結局そのどっちかを通り抜けるっていう現象はセンサーつけててもつけてなくても同じなのに
なぜかセンサーつけてたら11になって、でセンサーつけてなかったら波になる。 おかしいね。おかしいでしょ。
だから観測しようとすると挙動が変わるんだよねこれ。 これがめっちゃ不思議なことで、あたかも孔子が今センサーで見られてるなってわかったら
途端に粒として振る舞い始めるみたいなことが起きてる。 思った思った。石持ってるみたい。石持ってるみたいじゃん。これが漁師なんですよ。
でこれは本当に実験的にこういうことが起きてて、これは未だに説明できないって言われてる。 不思議じゃない?これなんか
不思議だね。 観測することで結果が決まるっていう例なんだけど。 伝わるかなこの不思議さ。だから結局
光の観測問題
波か粒か議論は今ここに行き着いてて。 観測しようとしたら粒になるし、観測しなかったら波なんですよ。
このセンサーね。 っていう謎がまだあって、誰か解き明かしませんかっていう話ですよこれは。
でもなんかそのセンサーが影響しちゃってるってことだよね。 一応ねセンサーの例えばなんかセンサーから何か出てんじゃないとか。
でもそれもね考慮してもやっぱ説明できないらしい。 じゃあセンサーのミスとか質とかそういうわけじゃなくて本当に観測しようとするかしないかの姿勢で変わるってこと?
そう。観測問題なんですよこれは。 これよく例えててさ、シュレディンガーの猫はめっちゃ有名だと思うんだけど、
一言で言っても箱の中の猫が今生きてるか死んでるかは箱を開けるまでわかんないっていう。 開けたら初めて猫が生きてるか死んでるか確定するっていう話ですけどあれ。
それと一緒なんですよね。これも観測しようとしてその結果を見ようとすると粒の振る舞いをしていて、 しなかったら波の振る舞いをする。
だから同時に複数の状態があたかも存在しているかのようなものっていうのがこれ漁師の もうなんつーの面白くもありまじで直感的に意味わかんねーなっていうことなんですよね。
だから光はそれの一種だっていうところまで今たどり着いてるって感じなんですよ。
あれでもなんかあの光の正体のトレンドとして初めは粒、その次波になって、粒でもあり波でもあるっていうのをアインシュタインが言って、今は粒でもなく波でもないって言ってたじゃん、初めに。
粒か波かっていう定義にはもう当てはまらないって感じになってくるね。
それがその今言ってた観測しようとしてるかしないかによって、粒か波かが変わるっていうところがあの今ってことだよね。
そうそう、孔子っていうものが正体って感じですかね。
じゃあこの観測するかしないか問題でこれによってみんなじゃあ粒でもないし波でもないって思ってるってこと?
うん、まあだから説明できないのがまだあるから。
うん、それ以外の何かと思ってるってこと?
分解したら孔子っていう漁師なのは分かったんだけど、だから正体は何って言われたら、この孔子っていう漁師が光の本質というか、正体。
それがいっぱい飛んでるのが光、僕らが見えてる光ですよねっていう。
だけどその動きが波なんだか粒なんだかよくわかんないっていう状態、今。
未だになんかあの続いてるってことですね。
そうそう、ある意味波でもあり粒でもあるんだけど、見方によってね。
だからその何で実験するのかで変わっちゃうっていうやつは、なんかこれって言えないみたいな。
光と太陽の関係
そこが結構面白いとこかなと思うんだけど。
誰かが解決してくれそうだね。
どうだろうね、なんか僕らが生きてる間に何か進展があるのかちょっと分からないけど。
進展があってほしいね。
あってほしいよね。
このさ、観測するかしないか問題はさ、アインシュタインが生きてる時にはまだ発見されてなかった現象なの?
そういうのは分かってる。漁師が結構そういう性質があって、アインシュタインも分からんってなってる。
あ、そうなんだ。
だから神はサイコロ振らないっつって、そんなんないでしょみたいな感じでもう死んじゃったから。
そっか、アインシュタインでさえ解けなかった問題ってことですね。
そうそうそう。
っていうのに今現代の、例えば前見に行ったケックの研究所の人とか、そういう人たちは素粒子、物質の最小単位とかを調べるのはこういうのにつながってくるし、そこに挑んでるっていうとこもある。
まあむずいですよね。
なんか漁師コンピューターとかも結局これで、0と1でコンピューターは動くけど、漁師コンピューターは0と1が重なってる状態で、みたいな説明あるじゃん。
意味わかんない説明あると思うんすけどあれ。
あれだからこういうことなんですよ。蓋開けたら0か1か決まるっていうものでやるから、めっちゃ効率いいよねって。
だから結果だけ得られるよねみたいな。本当に簡単に言うと。それが漁師コンピューターなんだけど、そういう性質に今人間は立ち向かってるわけですね。
大変だね人間もね。
他人事すぎるでしょ。
じゃあ、今光が粒なのか波なのか観測しないと、わからない状況になってて、観測しなかったらどちらの可能性もあるみたいな。
観測したらどちらかに決まるみたいな状態になってて、それがどういうメカニズムなのかよくわからない状態だけど、それがわかったら、今ある不確実性みたいなところももっと確実になって、
より正確な予測とかができるようになるかもしれないってこと?
そうだね。というか、単純にめちゃくちゃ計算能力高いパソコンできるとか、分かりやすいアウトプットで言うと。
とか、データを例えば光ファイバーで転送するみたいなやつも、光の性質がもっと正確にわかったらもっと早くする技術。
一本のファイバー内に複数の光道を作るとか、マルチコアファイバーってやつがあるらしいんだけど、そういう研究が今されてるとか。
光も電磁波の一種でもあるんで、今6Gの研究されてるんですよ。5Gの次。
もっと一瞬でデータとか飛ばせるような社会になったら、僕らのスマホも爆速なるとかね。
そういう光を利用しているテクノロジーの質が、光の性質がもし私たちがよりわかったら向上するかもねっていうことですね。
そうだね。だからいいことはいっぱいあると思いますよ。
あと単純に興味あるしな。
そうだね。どっちなんだっていうところに終止符は打ってほしい気もしますね。
どっちっていうか。
この観測するしない問題がちょっとよくわからないのが、これわかるようになったら面白いですよね。
面白いと思う。
一応最後に最初に言った太陽の光、生まれてから17万年経ってから届いてますっていう話も、結局光はエネルギーの最小単位ですっていう説明だったじゃん。
太陽って水素の原子核と水素の原子核が足し合わさってヘリウムになるんですけど水平リーベの平ね。
したら1たす1は2になるみたいな感じにパッと見えるんだけど、本当は質量は1たす1に2にならなくてちょっと減るんですよヘリウムって質量が。
その分が光のエネルギーとして生まれてる。その中に光子がいるっていうのが太陽の中で起きてることなんですよまず。
だからEイコールmcの2乗ってエネルギーは質量かける光の速さの2乗なんですけど、エネルギーってちょっとの質量でめちゃくちゃでかいと。
ちょっとの水素、水素同士が合体するっていう核融合が起きるだけでヘリウムができるんだけど一緒に莫大なエネルギーが出てきますよっていうことが太陽で起きていて。
太陽ってそれが起きてるからあんな明るいんだ。
だから常に光子がめっちゃ生まれてて、生まれた光子は太陽の中をまず動き回るらしいんだよねいっぱい。
今の物理学の説明だとその光子のスピードは常に宇宙最速のスピードで動くと。
光のスピードだもんね。
光のスピードでいろんなものにぶつかって反射とかするんだよね。
太陽ってものすごい重力大きくて高密度ですと。
いろんな粒子があるから光子がバーって太陽の中でいろんなものぶつかってなかなか出てこれないらしいよ。
それで太陽の表面に出てくるまでに17万年かかるんだって。
太陽ってさ、太陽の実体って液体?液体、液体、固体なんだろうって思って。
で、液体の水素と水素がぶつかってヘリウムができてるっていうそういう核融合がいっぱい起きてる場所みたいなふうに思っておけばいいの?
そうだね、まあ、気体か液体か答えで言うと気体でめっちゃ圧縮されてる超高温な状態みたいな感じ。
なんで太陽でさ、いっぱい水素の核融合が起きてるの?
それだけ密度が高い中心部があって、しかも温度もめちゃくちゃ高いから、言ったら原子って原子核と電子がさ、結びついて僕ら原子、身近な原子になってるけど、
そこが結び、電子が原子核にくっつけないぐらい高温なの。
だから原子核としている。だから原子核と原子核がぶつかるってことが起きる。
それで格子ができて、で、いっぱいなんか他にも原子核とかいるから、ぶつかってぶつかってぶつかってぶつかって、で、あと17万年したら表面出てこれると。
太陽ではずっと核融合、水素原子が取り込まれて、で、ヒリウムになるっていうその核融合がどんどん起きてるってこと?
そうそうそうそう、どんどんそれ起きてる。
どんどんどんどん水素取り込んでる?周りの水素どんどんどんどん太陽に吸収されてるってこと?で、ヒリウム放出してるってこと?
取り込んでるわけじゃなくて、太陽の中央部とかにある部分が水素が多すぎてというか、質量が大きくて、なんかあと50億年以上分ぐらいの水素がもうあるらしい。
で、毎秒約6億トンの水素をヒリウムに変換しているらしいんだけど、その核融合反応がただ起き続けてる状態。
ヒリウムがね、どっかに出てくって言うほどね、太陽の密度が高すぎて出てけないね、多分。
じゃあ、太陽っていうのは実際は水素とヘリウムって思っておけばいいの?水素がめっちゃ密度高く凝集してるような場所で、そこでめっちゃエネルギー高くて、どんどんどんどん核融合起きて、ヘリウムになって光子が出て、光がめっちゃ発散されてるみたいな。
うんうんうん。だから太陽の主成分は75%水素、約25%ヘリウム。
じゃあ、太陽がさ、これからずっと核融合を起こし続けてたら、いつか水素なくなってヘリウムだけになって、それでいつかこの反応が終わって、太陽死ぬみたいな、そういう感じ?
最終的に、言ったら水素がどんどんなくなると、今度核融合する場所がどんどん外側になってくると。
で、今度ヘリウムの核融合が起きる、起き始める。で、その後はヘリウムが炭素とか酸素とかになったりして、で、その段階で太陽の外側がガスとして放出されていく。
うーん、ふんふんふん。
精運になるらしい。で、ガスが全部放出された後は、中心の核の部分だけ残って、だからもう星だね。地球ほどまで圧縮された密度の高い星になって、残った熱を放出し続けて、何兆年かかってゆっくり冷えて、最終的には光も放たなくなるって言われてるらしい。
うーん、私たちが今見てる太陽はさ、生まれてから死ぬまで、どこを生まれてどこを死ぬと定義するかは難しいけどさ、死ぬのが仮にさ、光を放たなくなるまでだとしたらさ、今それが100歳だとして、生まれたのが0歳だとしたらさ、今何歳くらいなんだろうね。
全然まだだと思うよ。だって今。
今だってまだ水素が75%あるもんね。
で、太陽生まれたのが46億年前とかじゃなかったかな。地球とそんな変わんないんじゃなかったかな。
で、あと50億年くらい耐えるから、ある意味今分岐点くらいまで来てるのかな。その中心部の水素が尽きるまで。
で、人間で言ったら、何、分かんない。50歳くらいなの。分かんない。ちょっとこの辺が正しいかはちょっと分かんないけど、正確には。
はい、ということで、最後太陽の話になっちゃったけど、光の正体を知る歴史をバーッと一通り話して、最終的にたどり着いたのは、粒か波かって論争したけど、結局光子っていう、どうやら見るときによって結果が変わる量子だと。
だから光のエネルギーの最小単位って思ってもらったら、最小単位の粒みたいなイメージ合ってると思うんだけど、エネルギーの塊だと思うんで。
で、それは太陽で水素と水素から生まれて、そっから止まらないっていう質量がゼロっていうのは、要は止まれないエネルギーなんですよね。
研究の進展と未来
だから光って捕まえることできないじゃん。止まらないエネルギーで17万年くらい太陽の中を暴れ回って、僕らに届いてっていう光子が光の正体ですっていう話ですね。
はい、で、まだ色々研究途中で分かんないこともいっぱいあるってことですね。
そう、特に観察で結果変わりますみたいなやつは、何なんだろうねって観測問題か、何なんだろうねって感じだけど、ちょっと誰か解き明かしてほしいなこれ。
解き明かしてください。
誰か解き明かしてくれ。
はい、てことでね、ようやくこっから漁師に話が戻ってきました。
はい。
もう漁師の話覚えてるこれ?
覚えてないです。
覚えてないね、多分。色々あったから。
一回だから漁師の話して光の話したのは、ここの漁師に結局帰ってくるからっていうことで、で、ここからじゃあ今度原子核っていうワード出ましたけど、水素のね。
この原子核って何でわかったみたいなところの話とかを混合していって、ようやく物の成り立ちみたいな話になっていくっていう感じですね。
はい、じゃあ今回は以上です。
はい。
それでは皆さん。
ウルトラフォー。
