光の粒子理論

光学における光の粒子理論では、光は「粒子」（小さな粒子）と呼ばれる小さな離散粒子で構成され、有限の速度で直線的に移動して推進力を持っているとされています。この概念は、当時の原子論の別の説明に基づいていました。

アイザック・ニュートンは光学の研究を通じてこの理論の基礎を築きました。光の粒子理論というこの初期の概念は、現代の光子の理解の先駆けとなりました。この理論は、18世紀に光の概念を支配するようになり、それまで有力だった振動理論に取って代わりました。振動理論では、光は光源と受信機の間の媒体の「圧力」とみなされ、最初はルネ・デカルトによって支持され、後にクリスティアーン・ホイヘンスによってより洗練された形で支持されました。^[1]部分的には正しく、^[2]屈折、反射、直線伝播、そしてそれほどではないが回折をうまく説明できたため、この理論は19世紀初頭に光の波動理論が新しい実験的証拠を蓄積するにつれて支持されなくなりました。^[3]

機械哲学

17世紀初頭、自然哲学者たちは、何世紀にもわたって科学理論の主流であったアリストテレス主義に代わる、自然を理解するための新しい方法を開発し始めた。これは科学革命と呼ばれる過程であった。ヨーロッパの様々な哲学者が、1610年から1650年頃の間に、いわゆる機械論を採用した。これは、宇宙とその中身を一種の大規模なメカニズムとして説明し、宇宙は物質と運動でできていると説明する哲学であった。^[4]この機械論は、エピクロス主義と、レウキッポスとその弟子デモクリトスの著作と彼らの原子論に基づいており、それによれば、人の身体、心、魂、さらには思考を含む宇宙のあらゆるものは、原子、つまり非常に小さな運動する物質の粒子でできているという。17世紀初頭、機械論の原子論の部分は、ガッサンディ、ルネ・デカルト、その他の原子論者によって大部分が発展した。

ピエール・ガッサンディの原子論的物質理論

ピエール・ガッサンディの哲学の核心は、原子論的物質理論である。ガッサンディは、死後1658年に出版された著書「哲学論集」で、原子と虚空の観点から物質や自然現象の側面を説明しようとした。彼はエピクロスの原子論をキリスト教神学と両立するように改変し、神は有限数の分割不可能な運動原子を創造し、創造（物質）と神と継続的な関係を持っていると示唆した。^[4]

ガッサンディは、原子は古典的にはボイドと呼ばれる空の空間を移動すると考えていたが、これは宇宙はすべて物質でできているというアリストテレスの見解と矛盾している。ガッサンディはまた、人間の感覚によって収集された情報は、特に視覚の場合、物質的な形を持っていると示唆している。^[5]

粒子理論

微粒子理論、または微粒子主義は、原子論の理論に似ているが、原子論では原子は分割できないとされているのに対し、微粒子は原理的に分割できるという点が異なる。微粒子は単一の極めて小さな粒子であり、形状、大きさ、色、その他の物理的特性を持ち、機械科学や生物学における現象における機能や効果を変える。これは後に、化合物はその化合物の要素とは異なる二次的特性を持つという現代的な考えにつながった。ガッサンディは、微粒子は他の物質を運ぶ粒子であり、種類が異なると主張している。これらの微粒子は、太陽の存在、動物、植物など、さまざまな発生源からの放出物でもある。ロバート・ボイルは微粒子主義の強力な支持者であり、この理論を使用して真空とプレナムの違いを例示し、それによって彼の機械哲学と全体的な原子論理論をさらに裏付けることを目指した。^[5]ガッサンディの約半世紀後、アイザック・ニュートンは既存の粒子理論を利用して光の物理学の粒子理論を展開した。^[6]

アイザック・ニュートン

アイザック・ニュートンは研究者としてのキャリアを通じて光学に取り組み、さまざまな実験を行い、その結果を説明する仮説を立てました。^[7] 彼はデカルトの光の理論を退けました。それは、光から派生したデカルトの空間の理解を否定したからです。^{[8] 1704年に}『光学』を出版し、^[9]ニュートンは初めて粒子的解釈を支持する明確な立場をとりましたが、理論を体系化するのは彼の後継者たちの役目となりました。^[10]

1718 年版の『光学』で、ニュートンは光の性質に関する不確かな仮説をいくつか追加し、質問として定式化しました。質問 (質問) 16 で、彼は、目の底部を押す指の震える動きが色の円の感覚を引き起こす仕組みが、光が網膜に与える影響に似ているかどうか、また、誘発された感覚が約 1 秒間独立して継続することは、目の動きが振動している性質を示しているかどうか疑問に思いました。質問 17 で、ニュートンは、その振動を、石を水に投げ込んだ後に同心円状に伝播する波、および「打撃によって空気中に発生する振動または震え」と比較しました。したがって、彼は、光線が同様に反射または屈折する媒体で振動の波を励起し、それが今度は光線を追い越して、交互に加速したり遅らせたりする可能性があると提案しました。その後、ニュートンは、質問 18 と質問 20 で、光線が振動する媒体で振動の波を励起し、それが光線を追い越して、交互に加速したり遅らせたりする可能性があると示唆しました。 19 光は、熱が広がるのと同じように、非常に微妙な「エーテル媒体」を介して真空中を伝播します。

以前の仮説は光の波のような側面を記述しているが、ニュートンは依然として粒子のような性質を信じていた。質問 28 で、彼は「光は流体媒体を伝わる圧力または運動から成り立つとする仮説はすべて誤りではないか」と問いかけた。彼は、議論が光線の新しい変形を説明しているとは信じず、圧力と運動は光線のように障害物を越えて流体中を直線で伝わらないということを強調した。質問 29 で、彼は「光線は光る物質から発せられる非常に小さな物体ではないか。なぜなら、そのような物体は均一な媒体をまっすぐに通過し、影に曲がることなく通過するからである。これが光線の性質である。また、光線はいくつかの特性を持つことができ、熱媒体を通過しても特性を変えずに保存することができる。これが光線の別の条件である」と疑問を呈した。彼はこれらの特性を、光線と物質および真空との相互作用のいくつかの効果と結び付けた。^[11]^[12]

ニュートンの粒子理論は、力による物質点の相互作用として現実をとらえるという彼の見解を詳細に述べたものである。アルバート・アインシュタインによるニュートンの物理的現実の概念の説明に注目せよ。

[ニュートンの]物理的現実は、空間、時間、質点、力（質点間の相互作用）の概念によって特徴付けられる。物理的事象は、空間内の質点の法則に従った運動として考えるべきである。質点は、変化する限りにおいて、現実の唯一の代表である。質点の概念は、明らかに観測可能な物体に起因する。質点は、拡張、形状、空間的局所性、およびそれらのすべての「内部」特性を省略し、慣性、並進、および力という追加の概念のみを保持することによって、可動物体の類推に基づいて考え出された。^[13]^[14]

二極化

光が偏光するという事実は、ニュートンが粒子理論を用いて初めて定性的に説明しました。エティエンヌ＝ルイ・マルスは1810 年に偏光の粒子理論を数学的に構築しました。ジャン＝バティスト・ビオは1812 年にこの理論が光の偏光に関する既知の現象をすべて説明することを示しました。当時、偏光は粒子理論の証拠と考えられていました。今日では、偏光は波の特性と考えられており、横波にのみ現れる可能性があります。縦波は偏光しない可能性があります。

粒子理論の終焉

18世紀におけるニュートンの自然哲学の優位性は、光の粒子理論の普及を確実にする決定的な要因の1つでした。 ^[15]ニュートン主義者は、光の粒子は光源から受信機まで有限の速度で移動する発射体であると主張しました。この説明では、光の伝播は物質の輸送です。

しかし、世紀の変わり目、 1801年のトーマス・ヤングの二重スリット実験に始まり、回折、干渉、偏光に関する新しい実験の形でより多くの証拠が理論の問題点を浮き彫りにした。ヤング、オーギュスタン＝ジャン・フレネル、フランソワ・アラゴの研究に基づく波動理論は、新しい光の波動理論として具体化されることになる。^[16]

量子力学

光を粒子として捉える概念は、20 世紀に光電効果によって再浮上しました。1905 年、アルバートアインシュタインは光量子または光子の概念を導入してこの効果を説明しました。量子粒子は波動粒子二重性を持つと考えられています。量子場理論では、光子は第 2 量子化を使用して電磁場の励起として説明されます。

参照

血球主義
重力の速度
光子
物理学の哲学
アイザック・ニュートンの光学
ロバート・ボイル著『懐疑的な化学者』

参考文献

^ パオロ・マンコソ、「音響学と光学」『ケンブリッジ科学史第3巻：初期近代科学』キャサリン・パーク、ロレイン・ダストン編（ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局、2006年）、623-626ページ。
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外部リンク

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光学、すなわち光の反射、屈折、変曲および色に関する論文。アイザック・ニュートン卿。1704 年。プロジェクトグーテンベルク書籍は 2010 年 8 月 23 日にリリースされました。
ピエール・ガッサンディ。フィッシャー、ソール。2009年。スタンフォード哲学百科事典。
アイザック・ニュートン。スミス、ジョージ。2007年。スタンフォード哲学百科事典。
ロバート・ボイル。マッキントッシュ、JJ 2010。スタンフォード哲学百科事典。
Youtube ビデオ。物理学 - ニュートンの光の粒子理論 - 科学。elearnin。2013 年 1 月 5 日にアップロードされました。
ロバート・フックによるニュートンの光と色彩の理論の批判（1672年発表）ロバート・フック。トーマス・バーチ『王立協会の歴史』第3巻（ロンドン：1757年）、10～15ページ。ニュートン・プロジェクト、サセックス大学。
微粒子か波か。アルマン・カシェフ。2022年。Xaporia: 自由で独立したブログ。

[1] パオロ・マンコソ、「音響学と光学」『ケンブリッジ科学史第3巻：初期近代科学』キャサリン・パーク、ロレイン・ダストン編（ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局、2006年）、623-626ページ。

[2] 「分子発現顕微鏡入門：光と色の物理学 - 光：粒子か波か？」。micro.magnet.fsu.edu 。 2024年11月17日閲覧。

[3] ジョセフ・ブラート;ピーター・トロク（2019）。画像光学系。ケンブリッジ大学出版局。 1 ～ 2 ページ。ISBN 978-1-108-42808-8。

[Reconfiguring_the_World-4] オスラー、マーガレット J. (2010)。『世界の再構成：中世から近世ヨーロッパまでの自然、神、人間の理解』。米国メリーランド州ボルチモア：ジョンズ・ホプキンス大学出版局。pp. 78–82, 84–86。ISBN 978-0801896552。

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[7] アラン・E・シャピロ、「ニュートンの光学」『オックスフォード物理学史ハンドブック』ジェド・Z・ブッフワルドとロバート・フォックス編（オックスフォード：オックスフォード大学出版局、2013年）。

[8] オリヴィエ・ダリゴル『光学の歴史：古代ギリシャから19世紀まで』（オックスフォード：オックスフォード大学出版局、2012年）、80ページ。

[9] サー・アイザック・ニュートン。1704年。プロジェクト・グーテンベルク電子書籍は2010年8月23日にリリースされました。

[10] ジェフリー・カンター『ニュートン以後の光学：イギリスとアイルランドにおける光理論、1704-1840』（マンチェスター：マンチェスター大学出版局、1983年）、11-12、24-26。

[11] ニュートン、サー・アイザック（1718年）。光学…第2版、追加あり。W.＆J.イニーズ。pp.321–323、336–349。

[12] バッチャガルッピ、グイド、ヴァレンティーニ、アントニー（2009-10-22）。量子論の岐路：1927年ソルベイ会議の再考。ケンブリッジ大学出版局。pp. 31+ 33。ISBN 978-0-521-81421-8。

[13] マクスウェルの物理的現実の概念の発展への影響（ソニア・バーグマンの1954年の英訳）、アルバート・アインシュタインによる評価、pp. 29-32、電磁場の動的理論（1865）、ジェームズ・クラーク・マクスウェル、トーマス・F・トーランス編（1982年）、ユージーン、オレゴン：ウィプフ・アンド・ストック出版社、1996年

[14] マクスウェルの物理的現実の概念の発展への影響、アルバート・アインシュタイン、ジェームズ・クラーク・マクスウェル：記念巻1831-1931（ケンブリッジ、1931年）、66-73ページ

[15] ダリゴル『光学の歴史』164-165ページ。

[16] Aspect, Alain (2017年11月). 「ホイヘンスの波からアインシュタインの光子まで: 奇妙な光」. Comptes Rendus Physique . 18 (9–10): 498–503. Bibcode :2017CRPhy..18..498A. doi : 10.1016/j.crhy.2017.11.005 .