【量子力学】コラム・量子力学の、球面波と平面波
「波」は広がりを持ち、その波のどこに、広がりを持たない点としての「粒子」が観測されるかは観測されるまで不確定。それが量子力学の波動性と粒子性の関係。
光を球面波として考えたとき、ある一点から光の球面波が発生したとき、一定時間後に「粒子としての」光子はどこに発見されるのか？
みたいなことを考えた。球面波は時間とともにどんどん広がっていって、一定時間後の光子はその球面波の一番先端のどこかの位置に、現れるの？ そんな、光子一個、が、広がった球面のどこにあらわれるかわからないような、そんな広い範囲に不確定に存在するの？
と、位置の不確定性がそんなに広がっちゃうの？球面波だったらどんどん広がっていってしまうじゃないか、そんなことでいいの？…みたいなこと。
で、分かったのだが。そうじゃない。
だから、球面波と平面波があるけど、
球面波は、「多数」の光子が一点からほうぼうへ広がっていくときの様子だということ。光子「一個」を考えるときに、球面波を考えるのがそもそも間違いで、光子「一個」を考えるなら、それははじめから平面波で考えるべきなんだということ、を理解した。
平面波は、「広がる」のではなく、ある一定の方向にずーっと進行していく。これは、一個の粒子が進行していくイメージに一致する。
波の性質によれば、球面波は平面波の重ね合わせでできることになっているが、それも、多数の粒子(球面波)が一個の粒子(平面波)の集合(重ね合わせ)であることと合致する。
球面波と平面波あって、どっちにどんな意義があるのかわからないようだけど、今述べたような、意義がある。