アインシュタイン、光の本性を暴く（1905年）光電効果でノーベル賞

「光って何なの？」という問題が再燃した

1900年にプランクが「エネルギーは飛び飛び（量子）」と提案したことで、

物理学者は「光もひょっとしたら量子的なのでは？」と薄々感じ始めていました。

しかし当時の常識では、

光は波である

と信じられていたのです。

✔︎ マクスウェルの電磁波理論によれば、光は電磁波（波動）

✔︎ 波であれば連続的にエネルギーを運ぶはず

これが揺るぎない真実と思われていました。

しかし、それでは光電効果について説明ができなかった！

金属に光を当てると電子が飛び出す「光電効果」。

古典的な波の考え方だと、こうなるはずです。

● 古典物理の予想

1. 光が弱くても、長く照射すれば電子は飛び出す

2. 明るい光ほど飛び出す電子が多く、勢いも強い

3. 光の色（波長）はあまり関係ない

● 実験の結果は完全に逆だった！

実際は、

✔︎ どれだけ強い光でも

色（＝周波数）が低い光では電子は絶対に飛び出さない

✔︎ 逆に弱い光でも、

周波数が高い（青・紫）なら一瞬で電子が飛び出す

✔︎ 飛び出す電子のエネルギーは

光の強さではなく「色（周波数）」で決まる

つまり、強さ（明るさ）ではなく周波数が運ぶエネルギーを決めている。

これは古典物理学の波動論では絶対に説明できない現象でした。

アインシュタインの発想ー光は粒子である

アインシュタインはここで、根本的な視点の転換をします。

「もし光が粒子だったら、すべて説明できるのでは？」

つまり、光を「波」ではなく「粒（量子）」として扱ったのです。

光の最小単位の粒のことを、

後にフォトン（光子）と呼びます。

光のエネルギーは1個1個のフォトンが運ぶ、と考えれば・・・

• 光の色（周波数）が高いほど、1個の粒が強力なエネルギーを持つ

→ 青い光 ＝ 強いフォトン

→ 赤い光 ＝ 弱いフォトン

• 強い光（明るい光）というのは

→ フォトンの数が多いだけ

→ フォトン1個あたりの質は変わらない

つまり、

光の本質は「数（量）」ではなく1個あたりの「質（周波数）」にある。

これが光電効果のすべてを説明します。

光は「波」でもあり「粒」でもある

アインシュタインの結論はこうです。

光は波としても振る舞うが、

必要なときには粒として振る舞う。

科学者たちは驚愕しました。

✔︎ 波でもあり、粒でもある

✔︎ 矛盾する2つの性質が1つの光に同時に存在する

✔︎ この二重性は光だけでなく電子や物質にも広がる

これは、

「この世界は論理的に整った連続的な現実ではない」

という事実を明らかにした瞬間でもあります。

なぜノーベル賞？しかも相対性理論じゃない理由

アインシュタインのノーベル賞は「相対性理論」ではありません。

受賞理由は 「光電効果の発見 」です。

なぜでしょう？

● 相対性理論は当時あまりに革命的すぎて受け入れられていなかった

→ 審査員も理解できなかった

● 光電効果の論文は「誰も否定できないほど実験と合致」していた

→ これは確実に正しい！

だからノーベル賞は光電効果に与えられたのです。

この発見が宇宙観をどのように変えたのか？

アインシュタインは

✔︎ 光が「波」ではなく「粒」として振る舞う

✔︎ エネルギーは飛び飛び（量子）で運ばれている

という決定的な証拠を提示しました。

この結果、物理学は

「連続的な世界」 → 「量子的な世界」

へと、完全にモードチェンジしていきます。

アインシュタインは、光は粒の束だと見抜き、

光電効果の謎を一気に解決しました。

これが光の二重性の発見であり、

量子力学の根幹を作ったのです。