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光電効果がマクスウェル方程式で説明できないことは有名です。
しかし、金属と飛び出した電子をまとめて「物質」と考えて、物質中のマクスウェル方程式を適用することまでは正しいと思います(この段階では量子的な話は入っていないので。入ってくるのはなぜ起きるかを考え初めた時)。
この際、空間中の電荷分布などについては(実際に反射率などを測定して、KK変換から各種物性パラメータを求めれば)言及できると思ったのですがどうでしょうか?

質問者からの補足コメント

  • 光電効果がマクスウェル方程式で説明できるか否かではなく、物体に光を照射した際、何の量を求めるぐらいまでならマクスウェル方程式でも正しい結果が得られるのかについて聞きたいです。
    質問の意図が分かりにくくてすみません。

    物質の光学的特性を測定することを考えます。
    その際に、通常、マクスウェル方程式から成り立つ、各種物性パラメーター間の関係式を用います。
    例えば、良く行われている実験として、反射率を測定してそこから誘電率や光学伝導度を算出しますが、これらの値を算出する際に、量子論で考えないことによる影響はどの程度でてくるのかが気になります。
    極端な場合(非常に小さい試料、非常に少ない光子数)を考えなければ、量子論と古典論の結果は一致するのでしょうか?
    磁石のように量子論で初めて説明できる物質でも、マクロな物性パラメーターの間の関係式を記述するにはマクスウェル方程式で十分なのでしょうか?

      補足日時:2022/02/16 19:43

A 回答 (5件)

「磁性が量子的なものだから」と言う理由で古典論で取り扱う事を疑問視するのはおかしな話でしょう。

そんな事を言ったら気体や液体を流体として扱うのはおかしいと言う話になってしまうはずです。別分野ですがボイル・シャルルの法則だって気体が分子でできている事を全く考えなくてもちゃんと使えるわけですし。
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「何の量を求めるぐらいまで」の日本語としての意味が分かりません。

マクスウェル方程式にできるのは電場や磁場を求める事です。「ぐらいまで」なんて物理学と言う以前に日本語として理解不能です。

「例えば」で例示された事については見た所量子論的な事柄を考慮する必要は全くなさそうですから「量子論で考えない事の影響はない」となるのではと思います。
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この回答へのお礼

~まで、は確かに意味が伝わらないですね。
後半部分を一言にまとめようとした結果意味不明になっただけなので無視してください。

量子論的な事柄を考える必要がないとありますが、なぜそうなのかいまいちわからなかったので説明していただけますか?
磁性体についても例に挙げたような方法で測定を行うことは多いですが、磁性が量子的なものなのに、古典論で取り扱っても大丈夫なのでしょうか?

お礼日時:2022/02/16 21:56

自分のうろ覚えでは,古典電磁気で言及はできます.


と思って一応検索すると,
https://www1.doshisha.ac.jp/~bukka/lecture/gener …
の2枚目辺りですね
古典電磁気を前提としたもっと緻密な理論(KK変換?)や素っ頓狂な理論も探せばあるでしょう.

しかし,もちろん古典電磁気では説明しきれないわけです.
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マクスウェル方程式ではどうやっても説明できないから「離散」が提案され量子力学の産声が上がった。


この時点で話は既にマクスウェル方程式の域を超えた。
「どこまで」という議論はできないし意味もないよ。

それでも「どこまで」と問うのは、「水星の近日点移動をどこまでニュートン力学で説明できるか」と同じことになる。
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マクスウェル方程式とは電磁場を決める方程式ですから、光電効果が起きている場所の電磁場を求めるには有効でしょうが、光電効果の原因をマクスウェル方程式で論じるのは元々筋違いです。

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