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◆光子モデルとドップラー効果に関する質問

 光子100個が200個に?

単純な質問です。

100個の光子からなるパルスを光速の半分で遠ざかる物体に送った場合、エネルギー半分の光子を200個受け取りますか?(周波数半分、振幅同じ、パルス幅2倍)

#2018/01/30
次のような質問にしてみました。

短い光のパルスを受ける場合、静止系で受けるのと比較し光速の半分で遠ざかる系で受けると、 周波数は半分、振幅は同じ、受光時間は2倍となるでしょうか?
この時、光子モデルでみると、光子のエネルギーは半分、個数は2倍となるでしょうか?

#2018/01/31
こういう質問だとどうでしょう?

移動しながら光を観測すると周波数と受光時間が変わりますがその場合、光子1個のエネルギーと光子の数はどうなりますか?

#2018/02/01
こういう質問だとどうでしょう?

光子のエネルギーは周波数に依存します。周波数は観測時の速度に依存します。速度は光そのものとは無関係に採ることができます。
ということは光子は光が保存値として持つものではなく、光を観測する時点でのエネルギーの"刻み"に過ぎず観測の仕方で変わるものではないでしょうか?

#2018/02/05
光速の半分と個数はいい加減すぎます(気にはなったのですが短くしたかった:言い訳)ので次のようにしてみました。

100個の光子からなるパルスを光速で遠ざかる物体に送った場合、受け取る周波数が半分となるとすれば、エネルギー半分の光子を200個受け取りますか?(周波数半分、振幅同じ、パルス幅2倍)

短い光のパルスを受ける場合、十分な速度で遠ざかる系で受けると、 周波数が半分となる場合、振幅は同じ、受光時間は2倍となるでしょうか?
この時、光子モデルでみると、光子のエネルギーは半分、個数は2倍となるでしょうか?
う~ん。長いな。

 こうなるのでは (以下は怪しい自論)

こうなるのではと考えています。

  • 光速の半分で遠ざかるとしても振幅は変わりません。
  • 即ち、単位時間当たりに受け取る光量子の数は変わりません。
  • 受け取る時間は2倍になります。
  • 即ち、最終的に受け取る光量子数は2倍となります。
  • 周波数は半分になり光量子一個あたりのエネルギーは半分になります。
つまり結果として全エネルギーは保存されるが、個数は保存されない。

 だとしたら、送った100個ってなんだ?

送る側は100個をカウントして送り出すのではありません。

ある周波数の光を適切な振幅で適切な時間送り出すのです。

送り出し側に対し静止状態である系で受け取れば光量子100個分に相当する光というだけです。

 経路上を100個が流れるのか?

光の経路上も個数は登場しません。

波である証拠は沢山ありますが、経路上粒子であるという証拠、根拠はただの一つもありません。

 受け取る瞬間だけ光子が現れるというのか?

受け取る瞬間に「粒子」としての「光子」が現れるというのでしょうか?

だとするとその「粒子」はどの位の時間存在しているのでしょうか?

存在を証明できるのでしょうか?

物体は確かに量子化されたエネルギーを受け取りますが、光が量子化されたエネルギーを物体に与える時に「粒子たる光子が介在する」必要があるのでしょうか?
光のエネルギーが量子化された単位で直接物体にわたると見るのが、自然ではないでしょうか?

 光は「個数」という保存値を持たない。

光子は存在しないし、単なるモデルとしても無意味に思えてなりません。

光のエネルギー転換が周波数に依存した単位の倍数になることは確かで、そのエネルギーを「光量子」と呼ぶことは妥当です。
しかし、けっしてカウンタブルな実体をもって空間を移動する粒子ではありません。「光子」というのはあくまで「粒子」としての名前であり、不適切としか言いようがありません。

受け取る量子の数は、受け取る側の速度に依存します。100個受け取るか103個受け取るかあるいは200個はたまた95個受け取るかは受け取る側の問題であり、光の側の問題ではありません。
つまり光には「個数」という保存値は存在しないのです。
個数こそ「粒子」と呼ぶための最低条件です。
個数という保存属性を持たない光は粒子とは呼べないのです。

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本記事は以前の記事◆ドップラー効果と光子モデル◇光子に関する単純な質問を 約140文字程度の質問にまとめなおしたものです。

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2018/01/05
あるところにこの質問を投げてみました。
必ずしも反応が期待できる訳ではありませんが、ブログに書いただけではなかなか答えに到達できないので。

2018/01/16
タイトルを"◆光子100個があ~200個に!?"から"◆光は「個数」という保存値を持たない"に変更。

2018/01/19
図を付加

2018/01/19
ネットの「質問箱」にも投げてみました。

2018/01/27
さらに別の「質問箱」にも投げてみました。

2018/01/31
タイトルを「◆光子モデルとドップラー効果に関する質問」に変更

2018/02/01
2018/01/30版の質問を「ドップラー効果と光子の個数」というタイトルで大学系の質問箱に投げてみました。
詳細な解答が頂けましたが、振幅について触れずに個数が変わらないということでしたので、 追加の質問を送りました。解答がもらえるといいのですが。(まあ、税金払ってるし。。。)

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