物理理科

5分でわかる「物質波」!ド・ブロイが提唱した物質波を理系ライターが解説

よぉ、桜木建二だ。
現代物理学は20世紀にはいってから急激に発展したんだが、あのアインシュタイン、ボーア、ハイセンベルク、シュレーディンガー、ド・ブロイ・・・キラ星のごとく天才たちの活躍した時代だったんだ。

そんな天才たちの業績の中から、今回はルイ・ド・ブロイ が提唱した物質波について理系ライターのタッケさんと一緒に解説してゆくぞ!

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

タッケ

ライター/タッケ

物理学全般に興味をもつ理系ライター。理学の博士号を持つ。専門は物性物理関係。高校で物理を教えていたという一面も持つ。

ルイ・ド・ブロイはどんな人?

ルイ・ド・ブロイという人をご存知ですか?アインシュタインは誰しもその名前を聞いたことがあるでしょう。ド・ブロイはそれほど有名な人ではないかもしれませんが、ノーベル物理学賞を受賞している高名な物理学者です。

ド・ブロイはその名前についている「ド」が示すようにフランス貴族階級の出身なのですが、ちょっと変わった経歴の持ち主で最初は歴史を勉強していました。その後、兄の影響で物理学に強い興味を持ち、大学で学びなおしたのです。

祖父は、フランスの首相を務めた人物でもあります。まあ、世間でよく言う名門の出といっていいでしょう。彼の兄は実験物理学者でしたが、彼は理論物理学の分野で活躍しました。二人は自宅に研究室を設置して物理学の研究に励んだといいます。

ド・ブロイの功績

ド・ブロイの研究内容を理解するにはアインシュタインによる光量子仮説を理解する必要があります。アインシュタインは波であるとされていた光に対して、粒子性を仮定し見事に「光電効果の実験の謎」を解いたのです。これが物理学が大きな発展を遂げるキッカケとなりました。

ド・ブロイは何を研究してノーベル賞をもらったのでしょうか?

ド・ブロイのノーベル賞受賞理由は「電子の波動性の発見」1929年。それまで粒子であることを誰も疑わなかった電子に波動性があることを発見したのです。

このあたりのことについては、以下の記事が参考になります。

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アインシュタインにより光の波動性と粒子性が確立したのだったな。

ド・ブロイは、電子の波動性を予言したんだ。

電子の波動性に伴う波とは

image by iStockphoto

少しだけ式を使って考えていきましょう。

まず、アインシュタインの光量子仮説からです。
アインシュタインは「光電効果」の研究から、光子に粒子性があることを提唱しました。そのとき、振動数νの光子1個のもつエネルギーEは

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