光は波なのに粒々だった！？

光は電磁波だ！

　と、この程度の解説しか書いてない本が多いのだが、 速度が同じだというだけで同じものだと言い切ってしまったのであれば結論を急ぎすぎている。 　この辺りは私も勉強不足で、 小学校の頃からそうなのだと聞かされて当たり前に思っていたので鵜呑みにしてしまっていた。

　しかし少し考えればこれ以外にも証拠はいくらでもあって、電磁波と同様光が横波であることや、 物質を熱した時に出てくる放射（赤外線や可視光線、紫外線）、高エネルギーの電子を 物質にぶつけた時に発生するエックス線などの発生原理が電磁波として説明できることから 光が電磁波だと結論できるのである。 　(この辺りの事については後で電磁気学のページを開いた時にでも詳しく説明することにしよう。)

　確かにここまでわざわざ説明するのは面倒だし、物理の学生を相手にするには必要ないだろう。 　とにかく、速度が同じであったことはその中でも決定的な証拠であったのだ。

　昔から光の回折現象や屈折現象などの観察により光が波であることが分かっていたので、 電磁波の発見は光の正体を説明する大発見であった。

ところが！

　ところが、どんな光を当てても電子が飛び出してくるわけではない。 　条件は振動数である。 　振動数の高い光でなければこの現象は起きない。 　いくら強い光を当てても無駄なのだ。 　金属の種類によってこの最低限必要な振動数は違っている。 　そして、その振動数以上の光があれば、光の強さに比例して 飛び出してくる電子の数は増える。

　光が普通の波だと考えるなら、光の強さと言うのは波の振幅に相当する。 　強い光を当てればそれだけ波のエネルギーが強いので、電子はいくらでも飛び出してくるはずだ。 　しかし、現実はそうではない。 　これをどう考えたらいいのだろうか？

　ここに、アインシュタインが登場する。 　彼がこれを見事に説明してのけたのだ。（1905 年） 　彼がノーベル賞を取ったのはこの説明によってであって、相対性理論ではなかった。 　相対性理論は当時は科学者たちでさえ受け入れにくいもので、 相対性理論を発表したことで逆にノーベル賞を危うくするところだったのだ。

光は粒子だ！

　他にも光が粒々だという証拠は当時数多く出てきている。 　物を熱した時に光りだす現象（放射）の温度と光の強さの関係を 一つの数式で表すのが難しく、ずっと出来ないでいたのだが、 プランクが光のエネルギーが粒々（量子的）であるという仮定をして 見事に一つの数式を作り出した。（1900 年） 　これは後で統計力学のところで説明することにしよう。

　とにかく色々な実験により、光は振動数 に比例したエネルギー、

を持つ「粒子」であることが確かになってきたのである。 　この時の比例定数 を「プランク定数」と呼ぶ。 　それまで光は波だと考えていたので、光の持つ運動量は、 運動量密度 とエネルギー密度 を使った関係式として という形で表していた。 　しかし、光が粒だということが分かったので、 光の粒子の一つが持つエネルギーと運動量の関係が（密度で表す必要がなくなり）、

と表せることになった。

コンプトン散乱

　これについてはまた詳しく調べて考察したいことがある。 　どういう条件で、どういう割合でこの現象が起きるかということであるが、 後で調査することにする。

まとめ