レーザーとは？
私の専門であるレーザー、最近は身近なものになってきました。
どんなものか詳しく知っていただくために、少しづつ解説していきます。
正確さはかなり欠けますが、出来るだけイメージ出来やすいように分かり易く説明してゆくつもりです。
レーザーのことを正確に理解するには、量子力学や分光学等のシッカリした基礎知識が必要ですが、それは一部の専門家にお任せて、ザックリとしたイメージで理解することが目的です。
先ず話を始める前に下記の文章が理解できる基本的な知識を説明します。
①元素と云うものがあり、元素は原子核の周りをその番号の数の電子が周っている。
②原子核はプラスの電荷、電子はマイナスの電荷を持っていて、どの元素もプラスとマイナスの量が等しく中性である。
③全ての物質はこの元素の組み合わせ出来ている。
この①～③が問題なく理解できる方は、以下の説明は飛ばしていただいて結構です。
基本的知識
先ずこれからの話を理解するために必要な基礎的な事柄をいくつか説明します。でも決して難しいことではないので、ここ ストップしないで最後までお付き合いください。
では始めましょう。
ミクロの世界
先ず、これから見てゆく「ミクロの世界」をイメージできる感覚を持つために、大きさの単位です。
我々は、ｍ（メートル）の世界に住んでいます。１００ｍ競争、高速道路は時速１００ｋｍ、等です。
１ｍの1/1000は１ｍｍ、これを１０-3ｍと記述します。１ｍｍの1/1000は１μｍ（マイクロメートル、１０-6ｍ）、そのまた1/1000は1nm（ナノメートル、10-9ｍ）、そのまた1/1000は１ｐｍ（ピコメートル、10-12ｍ）の様に1/1000毎に単位を決めます。そしてこれからの話は「nmの世界」の話になります。当然目には見えませんので、頭の中でイメージしてください。
原子
次のイメージは「原子」です。我々の体をはじめ全ての物質は原子が多数集まって出来ています。原子の大きさは上に述べた単位で0.1～1nm程度です。そして原子は原子核という粒子と電子と云う粒子が集まって出来ています。
原子核は原子の質量と同じ重さを持ち中心にあり、その周りを電子が周っています。丁度太陽の周りを惑星が周っているイメージです。ただし、このイメージは正しくありませんが、現象を理解するには便利なのでこのイメージで話を進めます。
大丈夫です、このイメージをモデルにして物理的方程式を立てて厳密な計算をしない限り破綻は来ません、。自然はちゃんと動いてくれます。
原子核と電子の電荷
さて、もう一つ原子核はプラスの電気を帯びており、電子はマイナスの電気を帯びています。
ここまでの纏めです。
「原子とはプラスの原子核の周りをマイナスの電子が周っているnmオーダーの小さい粒子である」ということがイメージ出来ましたでしょうか。
元素
次に、原子には水素、酸素、窒素と云うように色々な種類があります。これをただ名前を変えて「元素」と云います。元素は、原子核の重さ（正確には質量と云い重さとは使い分けるのですが、ここでは「重さ＝質量」思っていただいてOKです）と電子の数によって決まります。
一番軽い元素は水素原子でH（Hydrogenの頭文字）で原子核は1単位、電子が1個で出来ています。原子核を1個と云わずに1単位と云ってのは理由があります。実は原子核にも構造があり、複数の粒子（素粒子と云います）の塊で出来ています。原子の種類によってこの素粒子の数が異なり一塊となってそれぞれの原子の原子核を作っています。でもこれからの話では、原子核の構造は関係しましんので、重さが1単位ずつ増えていくとイメージしてください。
では話を戻して、電子の数が2個になると原子核も2単位になりヘリウムHe、電子の数が1個づつ増えるに従って、リチウムLi,ベリリュウムBe,・・・でよく知られた「元素の周期律表」になります。周期律表はネットで「周期律表」と検索すれば見つかりますので、一度見ておいてください。
先にも述べた様に、地球上のすべての物質はこれら元素の組み合わせで出来ています。
元素の性質
元素の重さは、原子核の重さで決まり、電子には重さがありません。この元素の重さを「質量数」と云います。H元素は質量数約１，Heは約４です。すなわち、He元素１個はH元素１個の４倍の重さです。「約」が付いているのは、質量数には小数点以下の端数が付いているからです。
元素の原子核のプラスの電気の量と元素が持つ電子のマイナスの電気の量はどの元素でも等しいのです。すなわち、元素は原子核のプラスの電気量と電子のマイナスの電気量が打ち消しあって、電気的に中性です。
原子番号と元素記号
元素には電子の数と等しい番号がついており、これを原子番号と云います。元素は上にすでに使ってきましたように、アフファベットの組み合わせた元素記号が決められています。
これからこの元素記号で元素を書きあらわしていきますが、無理に覚える必要はありません、分からなければその都度、周期律表を参照してください。その内よく使うものは自然と覚えてしまします。
これで基本的事項は終わりです。
コメント