第29回ノーベル物理学賞ルイ・ド・ブロイ「物質波の発見」！電子も波動だった！ : サイエンスジャーナル

　光とは何か？

　光とは何だろう？その説明は難しい。アインシュタインは光の性質を理解するために、人生のすべてを費やしたと晩年語っている。

　19世紀、イギリスのヤングは「波の干渉」という現象が光にも現れるかどうかを実験した。その結果、光にも「波の干渉」の現象は現れ、光は波動だと考えられていた。ところが、アインシュタインは1905年に自らの論文において、光電効果を光を粒子として解釈する「光量子説」で説明した。1923年にコンプトンが電子によるX線の散乱においてコンプトン効果を発見し、この「光量子説」は有力な証拠を得た。

　光は波動と粒子の両方の性質を持つものだった。フランスのド・ブロイは逆に電子などの粒子も、波動のように振舞えるのではないかということを、1924年に自身の博士論文で提案した（ド・ブロイ波）。この理論は1927年にトムソンやデイヴィソンによる実験によって支持され、シュレーディンガーが波動力学を定式化するのにも使われた。また1928年には日本の菊池正士も雲母の薄膜による電子線の干渉現象を観察している。

Louis de Broglie

　ド・ブロイ波の発見

　ド・ブロイは、電子の波長（λ）を求めるには、プランク定数（h）を運動量（p）で割ればいいという関係が成り立つことを発見した。

　　λ=h/p

　100V程度の電圧で加速した時の電子のド・ブロイ波長は、約1ÅでX線の波長に近く、電子線を結晶に当てて干渉縞などを観測することによって「ド・ブロイ波」の存在は確認される。

　この結果から、原子内の電子の運動が整数倍のとびとびになる理由を軌道ではなく、整数個のうねる波（定常波）で説明できる。また、後年、電子が回折という波特有の現象を示す実験がおこなわれ、電子が波の性質を持つことは確かな事実となった。電子を波と見なすこの「電子波」という考え方は、その後、物質はすべて波の性質を持つという「物質波」の思想につながっていく。

　現在、全ての物質やエネルギーは粒子的な性質と波動的な性質の両方を持つと考えられる。この二重性を説く学問が「量子力学」である。私たちが日常目にする物質には、粒子的な側面しか認識できないが、電子などの素粒子や原子、分子のような複合粒子を観察すると、波動的な性質が見えてくる。

　ルイ・ド・ブロイ

　ルイ・ド・ブロイ（1892年～1987年）は、フランスの物理学者。物質波の提唱者。フランスの名門貴族であるブロイ家の出身。

　はじめは歴史学を専攻していたが、第一次世界大戦時に電波技術者として従軍する。このことで物理学に興味を持ち、物理学に転向した。物質波の提唱当時はそのあまりにも常識はずれの説ゆえに無視されていたが、以前から指摘されていたハミルトンのアナロジーと相俟って、シュレディンガーによる波動方程式として結実する。

　ルイ・ド・ブロイはルイ14世によって授爵された貴族ブロイ家の一族として、1892年にフランスのディエップに生まれた。はじめはソルボンヌ大学で歴史学を専攻したが、第一次世界大戦時、通信員としてエッフェル塔に配属されていた際に物理学に興味を持った。戦後、ソルボンヌ大学で物理学を修め、1924年に物理学の博士号を得た。

　1924年、ド・ブロイはド・ブロイ波の仮説を発表した。この仮説は光子だけではなく全ての物質が波動性を持つとするもので、波長λと運動量pが次の式で関係付けられた。 λ=h/p （hはプランク定数）

　1926年からはソルボンヌ大学で教え、1928年にはアンリ・ポアンカレ研究所の理論物理学教授となった。

　1929年には、電子に波動性があることを発見した業績によって、ノーベル物理学賞を受賞した。受賞理由は「物質波の発見」である。

　1962年にアンリ・ポアンカレ研究所を退官し、1987年にパリで死去した。

参考HP Wikipedia 「ド・ブロイ」「ド・ブロイ波」「アインシュタイン」「光量子仮説」・

ド・ブロイの電子波