物理学において、量子（複数形：クォンタ）とは、相互作用に関与する物理的実体（物理的特性）の最小量です。特性は「量子化」できるという基本的な概念は、「量子化仮説」と呼ばれます。[1]これは、物理的特性の大きさが、1つの量子の整数倍からなる離散的な値のみをとることができることを意味します。例えば、光子は特定の周波数の光（または他の形態の電磁放射）の単一の量子です。同様に、原子内に束縛された電子のエネルギーは量子化されており、特定の離散的な値でのみ存在できます。[2]原子や物質は一般に安定しています。なぜなら、電子は原子内の離散的なエネルギー準位にのみ存在できるからです。量子化は、はるかに広範な量子力学物理学の基礎の1つです。エネルギーの量子化と、それがエネルギーと物質の相互作用に与える影響（量子電気力学）は、自然を理解し記述するための基本的な枠組みの一部です。

起源

ドイツの物理学者であり、1918年のノーベル物理学賞を受賞したマックス・プランク（1858～1947）

物理学における量子という現代の概念は、1900年12月14日にマックス・プランクがドイツ物理学会に研究結果を報告したことに由来します。彼は、離散的なエネルギー準位を持つ調和振動子のモデル化が、黒体放射理論における長年の問題を解決したことを示しました。[3] : 15  [4]プランクは報告書の中で、現代的な意味での「量子」という用語は使用しませんでした。代わりに、彼は「電気の量子」（現在は素電荷として知られています）を指すために「素量子」という用語を使用しました。エネルギーの最小単位については、量子と呼ぶのではなく、「エネルギー要素」という用語を使用しました。[5]

その後まもなく、プランクは1906年に物理学会誌[ 6]に発表した論文の中で定数hを導入し、これを「作用量子」（elementares Wirkungsquantum ）と名付けました。 [5]この論文で、プランクは素電荷とアボガドロ・ロシュミット数（1モルの物質に含まれる分子の数）のより正確な値も報告しました。 [7]この定数hは現在、プランク定数として知られています。彼の理論が検証された後、プランクは1918年にこの発見によりノーベル物理学賞を受賞しました。[8]

1905年、アルバート・アインシュタインは、電磁波が空間的に局在した束として存在し、それを「光量子」（Lichtquanta ）と呼んだと示唆しました。[5] [9] アインシュタインはこの仮説を用いて、プランクの黒体問題の扱いを、フィリップ・レーナルトの光電効果の実験で観測された電圧も説明する形で再構築することができました。[3]その後まもなく 、 hνという量に対して「エネルギー量子」という用語が導入されました。[10]

量子化

量子化は電磁波において初めて発見されましたが、光子に限らず、エネルギーの基本的な側面を説明しています。[11] 理論と実験を一致させるために、マックス・プランクは電磁エネルギーが離散的な束、つまり量子として吸収または放出されると仮定しました。[12]

参照

参考文献

  1. ^ Wiener, N. (1966).微分空間、量子システム、そして予測. マサチューセッツ州ケンブリッジ: マサチューセッツ工科大学出版局
  2. ^ ロヴェッリ、カルロ（2017年1月）。『現実は見かけ通りではない：事物の基本構造』カーネル、サイモン、セグレ、エリカ訳（アメリカ初版）。ニューヨーク：リバーヘッドブックス。109  ～ 130ページ。ISBN   978-0-7352-1392-0。
  3. ^ ab Baggott, JE (2013).量子物語：40の瞬間で見る歴史（Pbk版）。オックスフォード[イギリス]：オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-965597-7。
  4. ^ Planck, M. (1901). "Ueber die Elementarquanta der Materie und der Elektricität". Annalen der Physik (in German). 309 (3): 564– 566. Bibcode :1901AnP...309..564P. doi :10.1002/andp.19013090311. 2023年6月24日時点のオリジナルからのアーカイブ。 2019年9月16日閲覧– Zenodo経由。
  5. ^ abc "Quantum" . Oxford English Dictionary (Online ed.). Oxford University Press. 2007. doi :10.1093/OED/1164299139 . 2025年5月6日閲覧。 （購読または参加機関の会員資格が必要です。）
  6. ^ Planck, Max (1901)、「Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum」（PDF）、Annalen der Physik（ドイツ語）、309 (3): 553– 63、Bibcode :1901AnP...309..553P、doi : 10.1002/andp.19013090310 、 2012年6月10日にオリジナルからアーカイブ（PDF） 、2008年12月15日閲覧。英訳：
    • 「On the Law of Distribution of Energy in the Normal Spectrum」（正規スペクトルにおけるエネルギー分布の法則について）。2008年4月18日にオリジナルからアーカイブ
    • 「正規スペクトルにおけるエネルギー分布の法則について」（PDF） 。 2011年10月6日にオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2011年10月13日閲覧。
  7. ^ Klein, Martin J. (1961). 「マックス・プランクと量子論の始まり」。Archive for History of Exact Sciences . 1 (5): 459– 479. doi :10.1007/BF00327765. S2CID  121189755.
  8. ^ 「マックス・プランク・ノーベル賞講演」。2023年7月14日にオリジナルからアーカイブ。 2023年7月14日閲覧
  9. ^ アインシュタイン、A. (1905). 「光の知覚におけるヒューリスティックな顔の視点について」(PDF) . Annalen der Physik (ドイツ語). 17 (6): 132– 148.書誌コード:1905AnP...322..132E. doi : 10.1002/andp.19053220607 . 2015年9月24日時点のオリジナルからアーカイブ(PDF) . 2010年8月26日閲覧. 部分的な英語翻訳は、2021年1月21日にWayback Machineにアーカイブされてお​​り、 Wikisourceから入手できます。
  10. ^ クーン、トーマス・S. (1978). 黒体理論と量子不連続性、1894-1912. オックスフォード：クラレンドン・プレス. p. 201. ISBN 978-0-19-502383-1。
  11. ^ パーカー、ウィル (2005-02-11). 「実世界の量子効果の実証」. ScienceAGoGo . 2023-08-20閲覧.
  12. ^ 現代応用物理学-ティッペンズ 第3版; マグロウヒル.

参考文献

  • ホフマン、バネシュ (1959).量子の奇妙な物語：現在の原子に関する知識の根底にあるアイデアの発展に関する一般読者向けの説明（第2版）. ニューヨーク：ドーバー. ISBN 978-0-486-20518-2。 {{cite book}}：ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ）
  • メーラ、ヤグディッシュ；レッヒェンベルク、ヘルムート；メーラ、ヤグディッシュ；レッヒェンベルク、ヘルムート（2001）。量子論の歴史的発展。第4部：第1部、量子力学の基本方程式、1925-1926年（ソフトカバー印刷版）。ニューヨーク・ハイデルベルグ：シュプリンガー。ISBN   978-0-387-95178-2。
  • M. プランク著『物理理論概論』、R. ジョーンズ、D.H. ウィリアムズ訳、メシューエン社、ロンドン、1925年（ドーバー版2003年5月17日、ISBN 978-0486678672）、ノーベル賞講演を含む
  • ロドニー、ブルックス（2010年12月14日）『色のフィールド：アインシュタインの逃した理論』Allegra Print & Imaging. ISBN 979-8373308427