Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

光は粒子？それとも波?- コルム・ケレハー

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

翻訳: Akiko Hicks 校正: Chiaki Takeuchi

You look down and see a yellow pencil lying on your desk.

机の上の黄色い鉛筆を見ると

Your eyes, and then your brain, are collecting

眼から脳にいろいろな情報が集まります

all sorts of information about the pencil:

鉛筆の長さ 色や形

its size,

color,

鉛筆の長さ 色や形

鉛筆の長さ 色や形

shape,

distance,

鉛筆の長さ 色や形

鉛筆までの距離などの情報です

and more.

鉛筆までの距離などの情報です

But, how exactly does this happen?

この仕組みは どうなっているのでしょう？

The ancient Greeks were the first

これを初めて科学的に考えたのが 古代ギリシャ人です

to think more or less scientifically

これを初めて科学的に考えたのが 古代ギリシャ人です

about what light is and how vision works.

光や視覚について科学的な理解を 試みたのです

Some Greek philosophers,

プラトンやピタゴラス等の ギリシャの哲学者は

including Plato and Pythagoras,

プラトンやピタゴラス等の ギリシャの哲学者は

thought that light originated in our eyes

光は眼から発せられ

and that vision happened when little, invisible probes

眼から出た小さなものが 遠くのものに届き

were sent to gather information about far-away objects.

情報を集めてくることによって ものが見えると考えました

It took over a thousand years

その後 千年もしてから

before the Arab scientist, Alhazen,

アラビアの科学者 アルハゼンが

figured out that the old, Greek theory of light couldn't be right.

古代のギリシャの論理は 理にかなわないと証明しました

In Alhazen's picture, your eyes don't send out

アルハゼンの説明では 眼は情報を集めるために

invisible, intelligence-gathering probes,

何か ものを発するのではなく

they simply collect the light that falls into them.

単に届く光を集めているに過ぎないというのです

Alhazen's theory accounts for a fact

アルハザンの説明では

that the Greek's couldn't easily explain:

ギリシャ人の上手く説明できなかった

why it gets dark sometimes.

暗闇の説明がつくのです

The idea is that very few objects actually emit their own light.

実は 光を発する物体は そうあるものではありません

The special, light-emitting objects,

光を発するものは 限られていて

like the sun

例えば 太陽とか 電球とかが

or a lightbulb,

are known as sources of light.

例えば 太陽とか 電球とかが

光源として知られています

Most of the things we see,

他の見えるものは殆ど

like that pencil on your desk,

あの机の上の鉛筆のように

are simply reflecting light from a source

光源からの光を反射しているだけで

rather than producing their own.

自ら光を放っているわけではありません

So, when you look at your pencil,

鉛筆を見るとき

the light that hits your eye actually originated at the sun

眼に入る光は 太陽から来たもので

and has traveled millions of miles across empty space

何百万キロも 空っぽの宇宙を旅して

before bouncing off the pencil and into your eye,

鉛筆に反射され 見る人の眼に届くのです

which is pretty cool when you think about it.

想像しただけですごいですね

But, what exactly is the stuff that is emitted from the sun

ところで 太陽から出てくるのは いったい何なのでしょう？

and how do we see it?

それがなぜ見えるのでしょう?

Is it a particle, like atoms,

原子の様な粒子なのか

or is it a wave, like ripples on the surface of a pond?

それとも 池の水面にできる小波のような 波なのでしょうか？

Scientists in the modern era would spend a couple of hundred years

近代の科学者は この質問の答えを

figuring out the answer to this question.

数百年に渡って 探求してきました

Isaac Newton was one of the earliest.

初期にはニュートンが

Newton believed that light is made up

光はごく小さい 原子の様な

of tiny, atom-like particles, which he called corpuscles.

粒子からできていると信じ これをcorpuscles と名づけました

Using this assumption, he was able to explain some properties of light.

この考えをもとに 光の持つ特性を説明しました

For example, refraction,

例えば屈折

which is how a beam of light appears to bend

空気から水に光が進むとき

as it passes from air into water.

曲がって見えるあれです

But, in science, even geniuses sometimes get things wrong.

しかし 天才でも時に間違えるのが 科学というものです

In the 19th century, long after Newton died,

19世紀になり ニュートンのずっと後になって

scientists did a series of experiments

科学者たちが 様々な実験を重ねた結果

that clearly showed that light can't be made up

光が原子の様な 粒子であることは

of tiny, atom-like particles.

不可能だと分かったのです

For one thing, two beams of light that cross paths

まず 光が2方向から来て交わっても

don't interact with each other at all.

お互い何の作用もおこしません

If light were made of tiny, solid balls,

もし 光が粒だとしたら

then you would expect that some of the particles from Beam A

A という光線と B という光線の粒の一部が

would crash into some of the particles from Beam B.

ぶつかり合い

If that happened, the two particles involved in the collision

ぶつかった粒子は いろいろな方向に 飛んでいくはずです

would bounce off in random directions.

ぶつかった粒子は いろいろな方向に 飛んでいくはずです

But, that doesn't happen.

でも そうはなりません

The beams of light pass right through each other

光線はお互いの光線を素通りします

as you can check for yourself

これはレーザポインターと チョークの粉で簡単に実験できます

with two laser pointers and some chalk dust.

これはレーザポインターと チョークの粉で簡単に実験できます

For another thing, light makes interference patterns.

また 光の干渉縞も波である証拠です

Interference patterns are the complicated undulations that happen

干渉縞とは2つの波が一箇所にあるときに起こる

when two wave patterns occupy the same space.

特殊なパターンです

They can be seen when two objects

2つの物体が 池に投げ込まれ

disturb the surface of a still pond,

静かな水面が乱れたときに 見られます

and also when two point-like sources of light

これと同じ事が 近くにごく小さな2つの 光源を置くことによって起こるのです

are placed near each other.

これと同じ事が 近くにごく小さな2つの 光源を置くことによって起こるのです

Only waves make interference patterns,

干渉のパターンは波である証拠です

particles don't.

粒子では起こらないことです

And, as a bonus, understanding that light acts like a wave

おまけに 光が波のように振る舞う事から

leads naturally to an explanation of what color is

色の仕組みや なぜ鉛筆が黄色に見えるのかも

and why that pencil looks yellow.

説明できるようになりました

So, it's settled then, light is a wave, right?

では 光は波であると断言して良いかというと

Not so fast!

そう簡単なものではないのです

In the 20th century, scientists did experiments

20世紀になって 科学者は さらに実験を重ね

that appear to show light acting like a particle.

光が粒子のように振舞うということも 分かったのです

For instance, when you shine light on a metal,

例えば 光を金属にあてると

the light transfers its energy to the atoms in the metal

光のエネルギーが 金属の原子に渡されますが

in discrete packets called quanta.

量子と呼ばれる とびとびの値の塊で渡されます

But, we can't just forget about properties like interference, either.

でも 干渉のような特性を無視するわけにはいきません

So these quanta of light aren't at all like

ですから この量子はニュートンの考えた

the tiny, hard spheres Newton imagined.

小さな硬い丸い粒とは 全く違うのです

This result, that light sometimes behaves like a particle

光が粒子のようにも波のようにも振る舞うという特性から

and sometimes behaves like a wave,

光が粒子のようにも波のようにも振る舞うという特性から

led to a revolutionary new physics theory called

全く新しい物理学である

quantum mechanics.

量子力学が生まれました

So, after all that, let's go back to the question,

ではもう一度 考えて見ましょう

"What is light?"

｢光って何でしょう？」

Well, light isn't really like anything

光とは私たちの日常考える

we're used to dealing with in our everyday lives.

普通のものとは全く違うのです

Sometimes it behaves like a particle

時には粒子のように振る舞い

and other times it behaves like a wave,

時には波のように振る舞うのですが

but it isn't exactly like either.

はっきり どちらとも言えないものです