二重スリット実験

[TOUN]

量子論の二重スリット干渉縞実験が10コ程度の光子で成功していると理解していますが、
0）理論的には純粋な単一光子で（自己？）干渉縞ができますか。
1）もしそうである場合、単一光子による実験は成功していますか。
2）成功していないとすればその理由は何ですか。
3）単一光子で干渉縞ができないという場合、2個（以上）ありさえすればどんな時間（空間）間隔をおいても干渉が起こることになりますか。

[クロメル（メイン）]

TOUNさま

こんにちは、質問を読ませて頂きました。

クロメルと申します。

光子（特にX線）のスリット実験に関して、

現在は光子一個だけのスリット干渉実験が成功しており、

一個の光子の確率波、波動関数が空間を広がって伝播するものであり、

自分自身と干渉する事によって、縞模様が出来ます。

ついでに言うならば、これは電子の様な物質と思われているものでも同じことが言えて、

そういった波と粒子の両方の性質を持ったものを量子と言います。

参考文献として、

『量子力学(I)』小出昭一郎著　裳華房　p21～

『ファインマン物理学V』ファインマン、レイトン、サンズ共著　砂川重信訳　岩波書店　第一章

を挙げておきます。

[TOUN]

クロメル様

ご回答有難うございました。

純粋に単一の光子を一回だけ射出した二重スリット実験があるとは知りませんでした。論文のURLを

教えていただければ幸いです。

よろしくお願い致します。

[クロメル（メイン）]

TOUNさま

どうも、クロメルです。ごめんなさい。

単一光子の実験が成功したと言うのは、大学の授業で聞いただけで、

僕はそういう論文を読んだことはありません。

軽く答えてしまって、すみませんでした。

クロメル

[クロメル（メイン）]

TOUNさま

論文ではありませんが、動画で記録された浜松ホトニクスの実験がありました。

どうぞ、ご参考まで。

クロメル

[TOUN]

クロメル様

有難うございました。

浜松の論文は分かりませんが、日立の外村氏の論文（https://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.16104）では、

"series of incoming single electrons”であり、純粋な単一光子の一回射出ではないと思います。

「量子情報通信のために単一フォトン光源の完璧なものが実用化されている」とされた方があり、二重スリット

実験も単一光子でできるようになっているのではないかとも思いますが、実現したような話を聞きません。

また、そもそも「単一フォトンが自己干渉している縞模様」を検出・描出できるような観測系は実現できるのでしょうか。

[クロメル（メイン）]

TOUNさま

ごめんなさい、浜松の動画のアドレスを貼り忘れていました。

以下です。

単一フォトンによるヤングの干渉実験（浜松ホトニクス／1982年）

https://www.youtube.com/watch?time_continue=640&v=ImknFucHS_c

視聴した感想としては、単一光子の射出の繰り返しということで、

確かに前後のフォトンと干渉しているのではないか、という

ご意見でしたら、反論できませんね。

クロメル

[TOUN]

クロメル様

「検出」できるかどうかは別として、理論的には純粋な単一フォトンを一回だけ二重スリットに

射出した場合「自己干渉？？」する、ということになるのでしょうか。

[クロメル（メイン）]

TOUNさま

はい、現在の一般的な見方はまさにそれです。

光子は自分自身の波動関数と干渉し、

スクリーン上に縞模様を作ります。

しかも、どちらかのスリットを通ったのではなく、

両方を通ったのです。

もし、ご存じなければ、

前に挙げた『ファインマン物理学V』の量子力学を

お読みになる事を強く勧めます。

実験で実証される前から、そういう見方を論じているのには、

驚かされます。

クロメル

[伴公伸]

2018/05/13のTOUNさまの「二重スリット実験」を読みました．

私と同じ方向性をもって二重スリット実験に疑問があるのですね．

Q0）理論的には純粋な単一光子で（自己？）干渉縞ができますか。

A>学者や学会は単一光子自身が干渉するといいますが、それは学者たちの築いた学理に矛盾します．

もし単一光子自身が自らに干渉するなら、干渉の起きていない現象がひとつもないことになり、干渉のみえない現象に反するのです．

もし単一光子自身が自らに干渉するなら、その光子の物質波には確率が二つ働いたことになります．

どれもむじゅんの実証です．

Q1）もしそうである場合、単一光子による実験は成功していますか。

A>外村先生の電子のバイプリズムによる実験では電子の単位量子よりも小さい電流密度で、体積内の総量も１クーロンに満たないのにそれでもスクリーンに縞模様の中の１点を生じたそうです．

干渉縞はできるのですが、これは電子の粒子性を否定しています．

電子は個数で数えられる粒子性が無く、位相または経路長さの異なる合成に干渉が生まれるという内容でここに実証されています．

Q2）成功していないとすればその理由は何ですか。

浜松ホトニクスの単一光子の干渉縞は干渉縞を作ることに成功しています．

でも成功していないとすればその現象が因果律に矛盾している理由からです．

このスクリーンがどんな装置であったかどの様にして光子の着弾点を２次元平面に描いたのか、装置の説明はたりませんが、経過の進行とピクセルの増加が観察されています．

スクリーンはたぶん星を撮影するＮＨＫのために作った夜間用高感度ビデオ撮像管の電子なだれ増幅による像だろうと推測できます．

ところが光子に粒子性があるのなら時刻において同一でない以前の光子と以降の光子とが干渉できるはずがありません．

光子としてのエネルギーよりも小さく、小数であったので、結局結論として光子が量子でないことを実証してしまったので、単一か否かという条件を満たさない実験です．

たとえば星をみると、ひとの眼には瞬間に星が見えるのですが、その光子としてのエネルギーはひとの受光能力よりも小さな化学エネルギーしか生み出さないのです．

瞬間に見えることと、スクリーンに時間に比例しない非線形不連続な現象のあらわれる浜松フォトニクスの実験は因果律に矛盾しているのです．

Ｑ3）単一光子で干渉縞ができないという場合、2個（以上）ありさえすればどんな時間（空間）間隔をおいても干渉が起こることになりますか。

３）位相の異なる干渉性のある波動が複数個同一地点に達すると干渉します．

そして波動はフーリエの定義によれば、無限の時間に途切れることが無く連続します．

ならばフーリエの定義を満たす波動ならば、どんなに時間が離れた波動どうしでも同じ地点を横切る方向に進行していれば干渉が起きます．

ところがこの波動にも波束という条件と津波、ソリトンの条件を組み足すと、その波動には時間を隔てて、時間（空間）間隔をへだてると干渉ができません．

干渉が起きないことは実証されていますから、光子はソリトンです．

[teru yoshi]

 teru yosihiです。

質問させて下さい。

電子が波動で、粒子性がないと云う時、スピンなどはど有機光で発生しているのですか。

教えて下さい。

[伴公伸]

だれに何についてどのような時この質問がどのようにして生まれてくるのかわかりません．

ようするに何のスピンがどのようになっている事を説明できないとてるよしさんはおっしゃっているのでしょうか？

[teru yoshi]

具体的には、Q１）に対するA、、電子は個数で数えられる粒子性が無く、とゆう文言についての質問です。

確かに誰が言っているかわかりませんね。

伴さんもわからないのであれば、私もわかりようが有りません。

とゆうことで、済みませんでした。

[伴公伸]

teru yoshi様の2月24日にされた質問はわたし（ばん）に宛てた質問なのでばんが答えます．

どんな機構から電子にスピンが発生するのかという疑問だと質問の文字化け部を仮定していまお答えします．

回答

独楽は手に載せて遊べる実体がありますが、これをモデルとして電子をなぞらえる事が多々あります．

てるよし様の電子とはこの独楽そのものであるからスピンするのですね．

独楽ならスピンしますが、雲ならスピンできるでしょうか？

台風ならスピンするから電子も台風のような風ならばスピンできるでしょうか？

どんな機構から電子にスピンが発生するのかというその問いはまだ下記の理由で現代の物理では確答として答えられません．

原子には原子核の周りに分布した雲のように分布し電子が拡がっています．

では雲のように分布している電子雲にそのスピンは発生するでしょうか．

電子雲にスピンが発生するとしたらどんな機構でしょう．

電子雲にその答えがあるのなら、私の論理の失敗です．

わたしの電子は電子雲ではなくて、空間に拡がり伝播する波動です．

私の電子のモデルの描像は電子雲と似ていますね．

そして放電という現象に電極からトンネル現象で空間に飛び出したりする電子のことを、私は物質波のソリトンだと考えています．

電子雲も原子核も、その材料は物質波がもとになっていると考えています．

物質波が共鳴するとき、座標系が２次元線分や直交座標系とは限らず、双曲線座標、極座標の３次元に波動の節や波面を球面や平面や曲面に表すような定在波が生じます．

定在するだけでなく、波動は移動し、伝搬したり回転する事があり、その姿、または影が、原子核や、電子雲に見えると考えています．

回答までの経緯をわかりやすくのべておきましょう．

teru yoshi様の2月24日の質問

≪１）に対するA、、電子は個数で数えられる粒子性が無く、とゆう文言についての質問≫は

私(バン)に対する質問です．

下記の経緯で書かれた記事でした．

TOUN様の2018/05/13に出した課題「量子論の二重スリット干渉縞実験が10コ程度の光子で成功しているなら

Q1）もしそうである場合、単一光子による実験は成功していますか。」

に対して

バンが

『A>外村先生の電子のバイプリズムによる実験では電子の単位量子よりも小さい電流密度で、体積内の総量も１クーロンに満たないのにそれでもスクリーンに縞模様の中の１点を生じたそうです．

干渉縞はできるのですが、これは電子の粒子性を否定しています．

電子は個数で数えられる粒子性が無く、位相または経路長さの異なる合成に干渉が生まれるという内容でここに実証されています．』

teru yosihiさまから2020/2/24の質問

［電子が波動で、粒子性がないと云う時、スピンなどはど有機光で発生しているのですか。]

でした．

ここで「どういう機構」が「ど有機光」と文字化けが起きているなら質問内容がわたし（ばん）にはまったく判読できないのです．

この判読理解はてきしているでしょうか．

それとも有機光という光がどこかに発生しているのでしょうか？

どちらでしょうか？

有機光というのについての質問なら、有機光を私は知りませんので教えて下さい．

どんな機構から電子にスピンが発生するのかという疑問だと仮定していまお答えします．

回答

独楽は手に載せて遊べる実体がありますが、これをモデルとして電子をなぞらえる事が多々あります．

てるよし様の電子とはこの独楽そのものであるからスピンするのですね．

どんな機構から電子にスピンが発生するのかというその問いはまだ下記の理由で現代の物理では確答として答えられません．

原子には原子核の周りに分布した雲のように分布し電子が拡がっています．

では雲のように分布している電子雲にそのスピンは発生するでしょうか．

電子雲にスピンが発生するとしたらどんな機構でしょう．

電子雲にその答えがあるのなら、私の論理の失敗です．

わたしの電子は電子雲ではなくて、空間に拡がり伝播する波動です．

私の電子のモデルの描像は電子雲と似ていますね．

そして放電という現象に電極からトンネル現象で空間に飛び出したりする電子のことを、私は物質波のソリトンだと考えています．

電子雲も原子核も、その材料は物質波がもとになっていると考えています．

物質波が共鳴するとき、座標系が直交座標系とは限らず、双曲線座標、極座標と３次元に表す節をもつような定在波が生じます．

その定在波には伝搬したり回転する事があり、それが、原子核や、電子雲に見えると考えています．、

[teru yoshi]

伴さん、回答有り難うございました。

しかし少し訂正させて下さい。

先ず電子雲のことです。

良く、物理の本にもそう説明してありますが。電子雲としての実態はないと思います。

確率的に場所々に存在する電子の分布をプロットして、一度に観られるように描かれたもので、それが雲のように見えているだけです。

極々短い瞬間に見るとそんな雲は見えず何処かに一つ電子が見えるだけなのです。その見える度合い視覚的に見えるように

描いているだけなのです。

例えが少し悪いかも知れませんが、現実の雲も実態は小さな水滴の集まりです。

私の電子像をコマに例えて居られますが、単純なコマでは有りません。リサージュ曲線を描きながらそ曲線も回転していますし、又、その曲線全体が

スピン回転もしています。円形そのものでは有りません。詳しくは私の論文をご再読下さい。

それから、伴さんの説ですが、はっきり言ってさっぱり解りません。

もっと具体的に、絵などにして説明される工夫をされたらどうでしょうか。

以上です。

[伴公伸]

>物理の本にもそう説明

伴＞私は電子工学科出身で特に半導体工学が専門です．

電子についてはふるまいを物理学科よりも詳しく知っています．

たとえば「ラザフォード模型では、電子は太陽のまわりを公転する惑星のように、原子核のまわりを廻っているとされた。」

また「電子には不確定性があり、電子は粒や点のようなものではなく『「雲のようにぼんやりと存在する』」

また「電子の存在は、確率密度関数で表される空間的な広がりがある。このような電子の有り様を電子雲と呼ぶ。」

のことでしょう．

でも回答者はこの文意を誤解されているようです．

たとえば不確定性の意味と確率密度関数の空間的な広がりとは[不確定性]と「確率密度関数」と定義はそれぞれ存在して別物なので、互いの関係は無関係です．

不確定性とは特定位置の確実さと運動量の積がある値よりも小さくはできないことです．

位置を正確に知ると運動量があやふやになるような、運動量を正確に知ると位置があやふやになるような、互いの値の正確さのトレードオフが不確定性の意味です．

そこで原子の中で電子がいる可能性が高い場所を示す関数が確率密度関数です．

これにはラザフォード模型の衛星モデルは通用しません．

ところが回答者は衛星モデルを下記のようにまだ捨てないので誤りを犯しています．

電子雲の中を電子が瞬時に移動するには不確定性の量では運動量に小さすぎるからです．

突然に新たな大きな運動量を獲得したり、奪われたりする電子があると、原子と物質の安定もあり得ませんから、そんな電子の運動量変化もありません．

＞電子雲としての実態はないと思います。

＞確率的に場所々に存在する電子の分布をプロットして、一度に観られるように描かれたもの

＞極々短い瞬間に見るとそんな雲は見えず何処かに一つ電子が見えるだけ

＞その見える度合い視覚的に見えるように描いて雲のように見えている。

伴＞衛星の軌道はあくまで楕円を基礎にします．

軌道は月着陸船やいとかわのはやぶさ１，リュウグウのはやぶさ２のように２つの楕円をたまにつなぐ８の字を描きます．

軌道は軌道面の平面から離れません．

でもこのひとつだけの軌道面しかない楕円軌道から歪んだ球体の界面にひろがった電子雲のモデルへ発展することはできません．

電子雲の別の位置に電子が移動するとしたらあらたな運動量がひつようです．

その運動量は電子雲のはじとはじを移動できるほどなら、不確定性の大きさよりもはるかに大きな値です．

結局ラザフォードのモデルを続けていて電子雲に発展することができません．

＞私の電子像をコマに例えて居られますが、単純なコマでは有りません。・・詳しくは私の論文をご再読下さい。

伴＞電子雲のはじとはじを移動できるほどなら、不確定性の大きさよりもはるかに大きな値の運動量が必要です．

大きな値の運動量と運動量の突然の変化は物質の存在が安定していることにと背反するのですから、あり得ないことです．

結局ラザフォードのモデルの衛星の軌道から電子雲の曲面へ軌道を拡げ発展できません．

＞もっと具体的に、絵などにして説明される工夫をされたらどうでしょうか。

伴＞もしかしてわかりづらいというのは

「わたしの電子は電子雲ではなくて、空間に拡がり伝播する波動です．

私の電子のモデルの描像は電子雲と似ていますね．

そして放電という現象に電極からトンネル現象で空間に飛び出したりする電子のことを、私は物質波のソリトンだと考えています．

電子雲も原子核も、その材料は物質波がもとになっていると考えています．

物質波が共鳴するとき、座標系が２次元線分や直交座標系とは限らず、双曲線座標、極座標の３次元に波動の節や波面を球面や平面や曲面に表すような定在波が生じます．

定在するだけでなく、波動は移動し、伝搬したり回転する事があり、その姿、または影が、原子核や、電子雲に見えると考えています．

」

のことでしょうか、それ以外のわたしのぶつりのかぎしぽに書いた別の記事のことでしょうか．

どちらも図画にして視覚に訴えるとまるで、錯覚しやすい方なら、さらにだまし絵を見せて空間識をうばうのと同じ効果が私の意図と逆向きに生まれます．

したがってわたしはだまし絵の存在をしらしめるために絵を避けねばなりません．

だから、ことばによる説明を行っています．

[teru yoshi]

伴さん、ご教示有難う御座いました。

これまで、誤記等も交えて色々、失礼しました。

ソリトンなるものがはっきりしたら、又教えて下さい。

　　　　　　　　以上。