電子や光子の波動性と粒子性について

こんにちは、王次郎です

”光の物理”（小林浩一 著,東京大学出版会）p.35には、光の粒子性と波動性に関して以下の様に紹介されています。

『光の行動は、観測されるまでは空間に広がった波動、つまり電磁波の立場で考えなければならないし、観測されてはじめて、光は粒子、つまり光子としての顔を見せることになる。（中略）光が原子や電子あるいは一般には物質と出会い、エネルギーを交換するときには、光は粒子のように行動し、それ以外のときには波動のように振る舞うといってよいだろう。』

量子力学では、例えば電子の波動関数は、電場や磁場などの物理的な存在ではなく、状態（可能性）として空間に広がって存在しているとされていたと思います。光の波動性が、電磁場としての物理的な存在であるのに対して、電子などの粒子の波動性は波動関数で計算される状態の波であるとすると、電子や粒子の波動性と光の波動性は別物なのでしょうか？
それから、光もシュレーディンガー方程式で波動関数が計算できるのでしょうか？

No.1 ベストアンサー 回答者： hitokotonusi 回答日時： 2014/10/27 21:00

当たり前ですが光子は光の速さで飛んでますので，非相対論的なシュレーディンガー方程式ではなく相対論的なクライン＝ゴルドン方程式にしたがいます。

クライン＝ゴルドン方程式
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AF%E3%83%A9% …

これは自由粒子の相対論的エネルギーの式

E = √[ (mc^2)^2 + (pc)^2 ]

を二乗して，Eとpを演算子に置き換えて波動関数に作用させることで導かれます。光子は質量が0なので，最終的には，なんのことはない，普通の波動方程式になります。

このときの波動関数と現実に観測される電場の関係がどうなっているかはは知りません。

この回答へのお礼

ご回答まことにありがとうございます
しかし、一体全体どうなってるのやら、

電子の波動関数では波は「可能性」であり観測すると収束するが、
光の場合は物理的な「電場と磁場」の波なのか？？？

しかも電子の場合は複素数の位相が波打っているが(回転してるが)、
光の場合は「電場と磁場」の大きさが波打っていて縦波と横波がある？？

いったい何なんだよ？？
辻褄あうのかね？？

お礼日時：2014/11/05 10:31

No.2 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2014/10/27 21:10

　場の第二量子化という面倒な方法を使うと（自分はできませんが(^^；)）、#1さんの仰るクライン＝ゴルドン方程式なんかを経由して、けっきょくマックスウェルの電磁場方程式が、光子に対するシュレーディンガー方程式になるという話を聞いたことがあります。