量子力学の父ーマックス・プランク、禁断の仮説を出す（1900年）E-hν

なぜプランクは「禁断の発想」を持ち込む必要があったのか？

当時の物理学は、

✔︎ すべてのエネルギーは連続的に変化する

✔︎ このなめらかさこそが自然の基本ルール

と考えられていました。

つまり、

「エネルギーは水のように連続していて、

どんな値でもとれるはずだ」

これが物理学の常識だったのです。

しかし・・・黒体放射（熱い物体が出す光）をどう計算しても破綻するという矛盾

■ 前のコラムで説明したとおり、

黒体放射の理論を古典物理で説明すると、

✔︎ 紫外線より短い波長では、エネルギーが無限大に発散してしまう

（＝紫外線崩壊）

という、明らかにおかしい答えが出ます。

どんな優秀な物理学者が計算しても、同じく破綻する。

つまり、

「自然のほうは正常なのに、

人間側の理論のほうが完全に間違っている」

という状況だったのです。

黒体放射の何が「歴史的にすごい」のか？

実はこの現象、

古典物理では絶対に説明できなかった という黒歴史があります。

▶ 古典物理の予言

「高い周波数（青色）の光は無限にエネルギーが出るはず」

→ これは 紫外線破綻と呼ばれた大失敗。

実際の黒体放射はちゃんとピークがあり、無限にはならない。

▶ そこで登場したのが マックス・プランク

プランクの決断「もう、この世界観を壊すしかない」

プランクはこの問題に10年以上取り組んでいました。

しかし、普通の考え方の延長では絶対に答えが出ない。

そこで彼は、仕方なく、

エネルギーは連続ではなく、

飛び飛びの値しか取れない

という、とんでもない仮説を導入します。

これが「量子仮説」です。

エネルギーが「飛び飛び」とはどういう意味か？

プランクの考えたことを、極めて簡単に言うと

● 階段のようにしかエネルギーが上がらない

普通はスロープのようにエネルギーが滑らかに変わると考えられていた。

でもプランクの世界は、こう・・・

階段状でしか増えない。

電球の光のエネルギーも、鉄の熱のエネルギーもすべて「階段状」。

プランクが導入した式：E = hν（エイチ・ニュー）

エネルギーは

E = hν（エイチ・ニュー）

という量子エネルギーの最小単位でしか存在できない。

• E：エネルギー

• ν（ニュー）：頻度（周波数）

• h：プランク定数（量子の最小の粒度を定める数字）

※ つまり、エネルギーが「粒」になっている。

この発想が禁断だった理由とは？

当時の物理学者は、

✔︎ 世界は連続的でなめらか

✔︎ エネルギーはどんな値でもとれる

✔︎ 自然は数学的で美しい

と信じていました。

そこにプランクの仮説はこう言った。

「いや、エネルギーは飛び飛びです。

この宇宙はなめらかじゃなくて粒状の世界です。」

これは、物理学者からしたら、

✔︎ 数学的に美しくない

✔︎ 宇宙観を根底から壊す

✔︎ 物理の伝統に逆らっている

という完全な反逆でした。

しかもプランク自身も信じていなかった！

プランクの本当の気持ちはこうです

「私はただ黒体放射の式を合わせるためだけに

こういう式を作った。

こんな奇妙な物理的意味があるとは思っていない。」

つまり、

✔︎ 彼は量子論を信じていなかった

✔︎ 数学的なごまかしだと思っていた

✔︎ 本当にそんな世界だとは考えていなかった

それでも、この「禁断の仮説」だけが問題を正しく説明したのです。

結果的にこれが量子力学の幕開けになる

プランクの仮説は、後に

✔︎ アインシュタインの光量子仮説（光電効果）

✔︎ ボーアの原子模型

✔︎ シュレーディンガーの波動方程式

✔︎ ハイゼンベルクの行列力学

などの流れへと進み、

量子力学という全く新しい物理学へと繋がっていきます。

プランクの一歩がなければ、

現代の量子コンピュータも、レーザーも、半導体も存在しなかったと言ってもいいほどです。

プランクは、古典物理の世界観を壊してでも、

自然現象を正しく説明しようとした。

その勇気が、量子の扉を開いた。

だからこそ、物理学史の中では

「1900年が人類の量子時代の始まり」

と呼ばれているのです。