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ニュートン力学
古典物理学が通用しない
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ハドロン；
クォークの複合体で複合粒子という。 メゾン（π中間子）とバリオン（陽子、中性子な ど）にわけられる。
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π中間子の授受が
接着剤（核力）の役割を果たしている。
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ミクロの世界 １
とびとびの値しかとらない
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– ミクロの世界では
整数倍の値をとる。
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ミクロの世界２
粒であり波である
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電子のような極微小なものは
粒という物質であり ながらも波としての性格ももっている
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ミクロの世界３
不確定性
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物質の位置と速度を
同時に確定できない。常に 動いている。
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分光学(spectroscopy)
物質が放出・吸収する光の研究
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光の正体？ • 紀元前
– アリストテレス – 色とは光と闇の混ざり具 合
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1870年
マクスウェル 光は電磁波の一種
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• 1600年
– ニュートン – プリズムによるスペクト ル；粒子説
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• 1900年
– プランク – 黒体放射のプランクの 公式
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1800年
– ヤング – 光の干渉実験；波動説
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• 1905年
– アインシュタイン – 光電効果から光量子仮 説；粒子説
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プリズムによる分光 • ニュートン；
粒子説
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光は
プリズムで７色の帯に分けられ、粒の集まりである。
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波長が長い
振動数がすくない
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波長(λ：nm）：
：繰り返し振動する波の1周期分の長さ （＝山と山の間 または 谷と谷の間の距離）
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振動数(ν: 1/s, Hz）：
1秒間に特定の点を通過する波の数
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振幅：
波の中心線から頂点までの垂直距離。
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波数 (cm-1)：
1cm間に特定の点を通過する波の数
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速度 (m/s) =
波長 × 振動数
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光速；
3.00×10の８乗m/s
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エルステッド
電流は磁界をつくる
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ファラデー
磁界は電流をつくる
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マクスウェル
電場は磁場を、磁場は電場を連続 して生じる。
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これが
波のように空間 を伝わる。（ヘルツが実証）
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電磁波は光速で伝わる →
光は電磁波の一種
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光（電磁波） 波長が短いやつ
• ガンマ線 • X線 • 紫外線
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波長が短い
エネルギーが大きい
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波長が長い
エネルギーが小さい
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波長が長いもの
• 赤外線 • マイクロ波 • ラジオ波
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波長が中間のもの
可視光線
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光のエネルギーは
ブランク定数に振動数を乗じたもの
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光の色
＝光の波長（振動数） の違い
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光の明るさ＝
振幅の違い： 振幅が大きいと明るい
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解像力と波長の関係 大きな粒子は
隙間を 通過できない
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より鮮明な像ができる
解像力が高い
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粒子が小さいほど
容易 に隙間を通過できる
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光の性質 • 反射
– 光は物体から反射し、目に到達した特定波長の 光が物体の色となる。
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透過
光は物体を透過する場合がある。
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• 吸収
光は物体に吸収される
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吸収された光が
より長い 波長光として放出される
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吸収された光がより長い 波長光として放出されること
蛍光
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屈折
光は物体を通して曲げられる。
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ラクトフェリンは
ビフィズス菌に結合する
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蛍光による
タンパク質の可視化
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光の屈折 光がある媒体から異なる 密度の他の媒体を
通過 する際に屈曲する。
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水から空気へ通過する光 の屈折が、
鉛筆が曲がっ て見える原因
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光は障害物を回り込む
光の波としての性質
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山と山、谷と谷は
振幅強度を増加する。
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。山と谷は
振幅 は相殺される。
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スリットによる光の回折 32 シングルスリットの場合
光の回折によって、スリット幅よりも広い帯としてスクリーンに映る。
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ダブルスリットの場合
それぞれのスリットからの光が回折して強め合う干渉（山と 山）と弱め合う干渉（山と谷）が生じてスクリーンには明暗の 縞模様が映る。
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黒体放射 固体は加熱すると
広い波長領域の電磁波が放射される 。「光の色」と「温度」との関係
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ウィーンの変位則
λmax・T = C
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λmax
x モノが発する１番強い波長
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T
絶対温度
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C
定数
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光の「色」と「明るさ」 • 色：
：光の波長（振動数）
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明るさ（強さ）：
：光の振幅
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「強くて赤い光」と「弱くて青い光」が混ざった光 の場合、
ヒトの目には「赤い光」と認識される。
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「最も強い光の色」、すなわち「最も振幅が大き い光の振動数」が
その光全体の色として見える。
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スペクトル
混ざり合った光を分け、光の強さと波長（振動数）の グラフに表したもの
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黒体放射とは
固体は加熱すると広い波長領域の電磁波が放射される
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ナトリウム原子の線スペクトル 原子は
熱などのエネルギーで励起されると光を放出する
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ナトリウム原子の線スペクトル
589.6 nm 589.0 nm
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電磁波のエネルギーと原子の線スペクトル 40 Johann Balmer:
1885年
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Johannes Rydberg:
不明
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リュードベリ定数
R = 1.097×10-2 nm-1
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プランクの量子論-1
プランクの量子仮説
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【実験事実】放射されるエネルギー量(E)は
波長に依存する。
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原子は
特定波長の光を出す
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【古典物理学】原子や分子は
任意の量のエネルギーを放射する。
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【プランクの説 原子や分子は
あるまとまった不連続な量だ けエネルギーを放射・吸収できる。
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不連続な量
＝整数倍となる ＝量子化されている
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光のエネルギーは
はhνの整数倍になる
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光のエネルギーはhνの整数倍になる →
光のエネルギーはある決まった飛び飛びの値をとる
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光のエネルギーはある決まった飛び飛びの値をとる→
光のエネルギーは非連続的である
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プランクの量子論-3 量子：
電磁波の形で放出（または吸収）される 最小量であり、一つの固まりと捉える。
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E =
h × ν ＝ h × c/λ
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ｖ：
振動数
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ｃ：
光速
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λ :
波長
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→エネルギーは
振動数に比例する
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比例しないもの
電磁波の強度や明るさ
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プランクの量子論
光のエネルギーは飛び飛びである
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光を連続的な波とした、
光の波動説を否定
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光量子仮説
アインシュタイン
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光は
プランク定数hと振動数νを乗じたエネルギー をもつ粒子と考えればいい。
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光電効果：
ある金属表面にしきい振動数以上の振動数の光を照射すると、 表面から電子が放出される現象
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光子1個(photon)のエネルギー E =
h × ν
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プランク定数 h :
6.63×10-34J・s)
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ヤングのダブルスリットの実験 電磁波は
波の性質をもつ
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ダブルスリットを抜けた光は 回折し、干渉することで
でスク リーンには強弱の回折パ ターンが投影される。
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光＝
粒子では説明できない
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光は
波動性をもつ電磁波である。
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波動性をもつ粒子 • ヤングの実験
光は波動性で説明できる。
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光電効果
– 光は粒子性（光の光子概念）で説明できる。
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水素原子のボーアモデル 軌道のエネルギー準位 は
量子化されている
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電子が高いエネルギーの軌道 から低いエネルギーの軌道に 落ちる（遷移する）とき、
両軌道 間のエネルギー差に相当する エネルギーが放出される。
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ボーアは古典物理学の考えを捨て、
量子の考えから原子モデルを検討した。
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電子の軌道を量子化し、
、同じ軌道ではエネルギー差は生じず、異なる軌道 に落ちたときに差が生じる。
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リュードベリ定数
R = 1.097×10-2 nm-1
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リュードベリ定数は
原子の出す特定波長 の光を公式化
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n=1への電子の遷移を
ライマン系列といい、紫外 線部のスペクトルとなる
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ド・ブロイの仮説 • 質量のある動く物体は、
全て光と同じように 波の性質をもっている。
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すなわち、物体は
粒 子であると同時に波であるという二重の性質 をもっている。（物質波）
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粒子として考えられていた電子も
波動として の性質を併せもっている。
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λ 波長→
波動性
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ｍ質量→
粒子性
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de Broglieの式
λ ＝h/mv(光速cを物質の速さv に置き換えた。)
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物質波の波長は
粒子の質量×速さに反比例する
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量子力学と不確定性原理 Shoredinger
量子力学モデル （1926)
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量子力学モデル （1926)は
→電⼦の波動性に注⽬
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→「波動⽅程式」に
に質量m(粒⼦性)と波動関数ψ（波動性） を取り込んだ。
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*波動関数︓
系の空間的な位置（例︓原⼦の中の電⼦)に関する関数
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Heisenberg
不確定性原理 (1927)
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不確定性原理 (1927)は
→電⼦の位置や軌跡を正確に知ることは不可能
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電子密度（電子雲）
電子が原子のある特定の領域に見出される確率
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原子軌道
原子における電子の波動関数
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シュレーディンガー方程式の解が示すこと
EΨ
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Ｅ
電子が占有できるエネルギー状態
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Ψ
波動関数、系の空間的な位置に依存する関数
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一組の量子数によって特徴づけられる例
・主量子数(n) ・方位量子数(ℓ) ・磁気量子数(m) ・スピン磁気量子数
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空間のある領域に電子を発見する確率は
波動関数の二乗に比例する
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