天文古玩

>励起した電子が基底状態に戻る時、各元素に固有の光を放つ

この記述の理解し難さに関して、私には高校時代の思い出があります。物理好きの同級生が次のような問題提起をしてきました。

　「原子において、原子核の周りに複数の電子軌道があることは認めよう。各軌道についてそれぞれ位置エネルギーが決まっているのもよしとしよう。だとすると、ある軌道から別の軌道に移る時にその位置エネルギーの差に対応するエネルギーの光が出るとエネルギーが保存する、というのは問題がないように見えて、実はそこに問題がある。」

というのです。

　「放出される光の波長が決まっているのだから、それに対応するエネルギーを持つただ１個の光子が放出されるとする。だとすると、光子が放出されるのは、電子が軌道を移る前か後か？　移る前の電子はまだ光を発することが出来ない。移った後では一時的にエネルギーの持ちすぎになる。軌道を移るには短いながらも時間がかかるだろうが、その間に１個の光子を小分けにして放出するわけにもいかない。したがって、エネルギーを保存しながら電子が軌道を移ることは不可能である。」

というのが主張でした。

　私は、その時深い知識も考えもなく、コメントすることができませんでしたが、この指摘がこの現象の問題性を端的に物語っていることは理解しました。その後ほどなく、私たちは不確定性原理を知ることによってこの問題を克服できたのですが、今思えば、上記の記述の難解さは、エネルギーと時間についての不確定性原理の説明がすっ飛ばされているところにあるのではないかと思います。

　まあ、細かいことは抜きにしても、この美しい色の原子の光が電子の動きのどのタイミングで出ているのか想像していただくのも一興ではないかと思います。

おお、少年剣士が刃を交わしているような、凛と緊張感のある場面ですね。
極微の世界を、日常世界の物体の振る舞いを元にイメージすると、こういう矛盾や不可思議がちょくちょく顔を出しますが、私だったら「それこそが、極微の世界では日常世界と違う論理が働いていることの証明じゃないか」と簡単にまぜっかえして、その場をやり過ごすところです。でも、S.Uさんやご友人は、そんなことでは誤魔化されなかったでしょう。栴檀は双葉より芳し。おそらくこういうところに、その人の科学する態度が本物かどうか示されるのではありますまいか。