[論文レビュー] On the notion of the photon

Volodyymyr Krasnoholovets|ArXiv.org|Feb 28, 2002

Advanced Thermodynamics and Statistical Mechanics参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、光子が細粒状で三次元的な弾性空間格子内での基本励起状態であると提唱している。格子の細胞サイズは約10⁻²⁸ cmであり、結晶格子内のフォノンに類似している。光子は空間の細胞を移動する跳躍的励起としてモデル化され、偏光を運び、イノートロン雲を通じて波動と粒子の二重性を示す。このモデルにより、回折や光子の相互作用といった量子現象の微視的メカニズムが提示される。

ABSTRACT

It is shown that the photon, the quantum of electromagnetic field, allows the consideration in the framework of the scheme which in some aspects is typical for the phonon, an excitation of the crystal lattice of a solid. The conclusion is drawn that the photon may be interpreted as an elementary excitation in a fine-grained space. The corollary is in excellent agreement with the space structure and submicroscopic quantum mechanics, which have recently been constructed by the author in a series of works.

研究の動機と目的

• 波動と粒子の二重性を超えた光子の空間的構造を理解するための概念的ギャップを解消すること。
• 細胞サイズが約10⁻²⁸ cmの離散的空間格子に基づく、微視的・準微視的な光子モデルを構築すること。
• 回折、重力レンズ効果、もつれといった量子現象を、空間励起の統一的枠組みによって説明すること。
• 光子を質量を持つイノートロンとして扱い、偏光の自由度を有するものとすることで、量子力学と電磁力学を統合すること。

提案手法

• 空間を細胞サイズが約10⁻²⁸ cmの三次元弾性セルラーネットとしてモデル化し、粒子や光子を安定した変形として扱う。
• 一般化座標Aₖₛと運動量Pₖₛを用いて、ラグランジュ力学を適用し、光子が細胞間を跳躍することで移動する運動を記述する方程式を導出する。
• 光子と物質の相互作用を媒介する『イノートロン雲』——空間格子の準微視的励起——の概念を導入する。
• 式(11)と(12)を用いて、光子コアの偏光ダイナミクスと空間細胞内での跳躍運動を記述する。
• 光子を局在的励起として扱い、1つの細胞から次の細胞へ偏光を伝達することで伝播するものとし、1細胞あたりの寿命τ ~ 10⁻³⁵ sとする。
• 分子結晶内のフレンケル励起子に類似したアナロジーを用い、光子の空間格子上での跳躍的挙動を記述する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的量子場理論の枠組みを超えて、光子の空間的構造を準微視的レベルでどのように記述できるか。
• RQ2 離散的空間格子という文脈において、光子の波動と粒子の二重性の物理的メカニズムは何か。
• RQ3 光子と物質の相互作用は微視的にどのように起こり、イノートロン雲はこのプロセスにおいて果たす役割は何か。
• RQ4 光の回折現象は、微細な空間格子内を光子が跳躍することで説明可能か。
• RQ5 光子の偏光は空間格子内をどのように伝播し、その波長と位相の回復はどのような要因によって決定されるか。

主な発見

• 光子は細粒状空間格子の1つの細胞内に局在的励起としてモデル化され、フォノンとは異なり多数の細胞をカバーしない。
• 波長λ ~ 10⁻⁸ cmの光学的光子について、1つの空間細胞内での寿命はτ ~ 10⁻³⁵ sと推定される。
• 光子の波長λは、N = λ/a ≈ 10³⁶個の細胞を通過した後、偏光状態が元に戻るまでの距離に対応する。
• 光子の運動は、偏光と重心の跳躍運動を記述する方程式系(11)と(12)によって記述され、その速度はcに一致する。
• このモデルにより、光の波動的挙動は、空間細胞を介した逐次的偏光伝達に起因すると説明され、フレンケル励起子に類似している。
• 理論は、回折、重力レンズ効果、もつれといった現象の微視的基盤を提供し、光の統一的準微視的記述を示唆する。