ヤングの実験と波動性：フォトンの干渉と粒子性の議論

ヤングの実験でのフォトンの干渉現象とその解釈について深掘りします。特に、単スリットからフォトンを入射させた場合にスクリーン上に現れる模様と、それが光の波動性を示す現象であるという議論について説明します。

ヤングの実験と光の波動性

ヤングの二重スリット実験は、光が波動性を持っていることを示す重要な実験です。この実験では、光が二つのスリットを通過した際に干渉模様が現れることが確認されました。これは、光が波として振る舞い、干渉が起こるためです。

質問者が述べたように、フォトン1つを入射させた場合でも干渉模様が現れるのは、光が粒子としてではなく、波として干渉を起こすからです。フォトンが1つずつ通過する場合でも、波としての性質が働き、干渉が観察されます。これは、粒子性ではなく波動性による現象です。

フォトンがどちらのスリットを通ったかという問い自体が、光の波動性を無視した議論です。ヤングの実験における干渉模様は、フォトンが両方のスリットを同時に通過し、干渉を起こすため、「どちらを通ったか」という粒子的な視点では説明できません。干渉は波としての性質を前提にした現象です。

光の波動性と粒子性は、量子力学において「波動-粒子二重性」として知られています。フォトンは波としても粒子としても振る舞うことがあり、ヤングの実験のような干渉現象では波としての性質が現れます。しかし、フォトンを粒子として観察する場合、例えば光電効果のような現象では、粒子性が強調されます。

ヤングの実験での干渉現象は、光が波動性を示すものであり、フォトンがどちらのスリットを通過したかという粒子的な視点で議論するのは誤解を招きます。干渉は波動性に基づく現象であり、粒子性を用いて解釈することはできません。