新解釈、電子の2重スリット実験の回析模様できる仕組み Pb5回

2022年6月27日

2重スリット実験 光子の弾丸モデル 螺旋と廻旋 量子力学

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電子の2重スリット実験結果の新解釈です。 電子の発射で2重スリット背後のスクリーンに回析模様できる仕組みを説明します。電子の飛行する姿が螺旋であり、電子の発射時の誤差の2点が新解釈のポイントになります。

電子の発射誤差

電子銃で1つのスリットを狙って電子を発射する時の発射誤差があります。 3種類の誤差があります。

方向誤差

電子で狙う方向の誤差です。 
電子の粒子性が示すような直線的な方向のズレです。2次元で考えるとY軸方向のズレです。

電子を発射する直前の状態を考えます。 原子モデルで考えると、電子は陽子を中心とする軌道にあります。 その回転している電子を発射します。 あるいは物体中の移動している余剰電子を発射する。 大きくこの2つの状態が考えられます。 

現在物理では、電子の位置と速度は確率的にしか求めることができません。
この確率的の意味は、電子を発射した時に、どこに向かって飛ぶかは正確にコントロールできません。 

言葉を変えると、取り合えず気持ち的には、確率的には、スリットの方向に電子を飛ばしたはず。
後は野となれ山となれ。電子に聞いてくれの世界です。

位相誤差

位相誤差とは、電子の持つ飛行の波動の成分に対する誤差です。2次元で考えるとX軸方向のズレです。

電子を発射する時に、毎回波動の角速度ゼロに揃えて発射できません。 なぜなら陽子の周りの軌道を回っている電子と物体中を移動している電子は、現在の運動状態(波動成分)の影響を放射時に与えると考える方が自然です。 

様々な状態を持った電子、すなわち発射時の初期条件が異なる電子があるので、毎回同じように位相を揃えることはできません。

位相が揃っているレーザーでも光子が物体から放出された時点では位相は揃っていません。 その後の光学系で調整して位相を揃えています。

放出量の誤差

電子の大きさは、ウキペディアによると電子は大きさを持つかどうか分からないか、あるいはとんでもなく小さいことが分かります。 下にウキペディアの引用を書きます。

電子の大きさ(内部構造)については、標準模型においては内部構造のない点として扱われるが、それを超える模型において電子が大きさを持つかどうか・内部構造を持つかどうかは判明していない。これまでに高エネルギーの電子の衝突実験で電子に大きさがある兆候は見つかっていないし、電子を大きさのない素粒子として扱って矛盾のない量子論(量子電気力学)もほぼ完成している[11]。ただし重力に関しては繰り込みは成功しておらず、下記シュバルツシルト半径が(現実的に存在するかどうかは別として)計算上存在する。また、電子には内部と外部を区別をする明確な境界を定義できない。



電子の2重スリット実験では、電子は円錐上に加工した電極から放出します。 電子サイズは大きさを持つかどうか分からない程小さいです。 対して加工した電極の大きさはとんでもなく大きいです。 

そこから電子1個だけを狙いすまして放出することは神業です。 現実には無理です。

それで実験の最中には電子1個を発射している積りでも、実際は1000個やもっと多い数の電子を放出していることになります。

悪いことにその放出された電子達の1つ一つが方向誤差と位相誤差を持っています。

電子の2重スリット実験の螺旋モデルの概念図

電子銃で電子を発射するする時には、3種類の誤差があることが分かりました。 
方向誤差、位相誤差、放出量誤差です。

その3つの誤差があるので、電子銃から放出された電子は2つのスリットを同じ様な割合で通り抜けます。

それと電子の飛行が下図のFig.1の様に螺旋を描くと、1つのスリットを通るだけで位相誤差あると回析模様が生まれます。

波動性のよる回析で、スクリーン上に現れる電子の衝突の跡が均一になりません。 


Fig.1を見ると電子がこんなにグルグルと螺旋を描いて飛ぶと、回析模様ができても不思議でないことが何となく分かります。


電子の2重スリット実験の螺旋モデルの概念図
Fig.1  電子の2重スリット実験の螺旋モデルの概念図


ヤングの光の2重スリット実験

ヤングの光の2重スリット実験は、光の連続して発光する拡散する光源です。
スリットは2段です。 1段目は一つだけスリットです。 2段目は2つのスリットです。

1段目のスリットの目的は2段目のスリットへの入射角度を限定するものです。

しかし光の発光源は連続的に膨大な量の光子が発射しています。
 
1段目のスリットを通り抜けた光子は、量も多いし、その飛行が螺旋であるので、
様々な入射角度で2段目のスリットを通り抜けます。

すると回析干渉模様が現れます。  電子の場合と同じです。

まとめ

干渉模様を作るには2つも波の重ね合わせが必要です。それで一つの電子が同時に2つのスリットを通っているに違いないと言われています。 

干渉模様は2つも波の重ね合わせによる粒子エネルギーの強弱の結果。
回析模様はスクリーン上に現れる粒子の分布の偏りと考えています。

それで干渉模様と言わずに回析模様と私は呼んでいますが、その回析模様ができるのは、

1.電子発射時の方向誤差。
2.電子発射時の位相誤差
3.電子の飛行の姿が螺旋である。

従来の電子の2重スリットの実験で現れているのは、干渉模様でなく回析模様ではないかと考えています。 

一つの電子が同時に2つのスリットを通る必要はない


資料

1)ボローニャでの単一電子干渉 物理学で最も美しい実験は何で
https://physicsworld.com/a/the-double-slit-experiment/

2)日立製作所の二重スリット実験の記事
https://www.hitachi.co.jp/rd/research/materials/quantum/doubleslit/index.html

3)電子線バイプリズム 【英】:electron biprism
https://www.weblio.jp/content/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E7%B7%9A%E3%83%90%E3%82%A4%E3%83%97%E3%83%AA%E3%82%BA%E3%83%A0

4)レーザーとは?
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%82%B6%E3%83%BC


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