電磁波と物質波の大きな違いは、電磁波には電場と磁場が付随しているのに対し、物質波には電場と磁場が付随していないことである。

波動とは、物理的性質が各点で繰り返し振動するか、各点から隣接する点へ伝播するような場の摂動である。その種類として、電磁波と物質波がある。また、すべての物質は波として表現することができる。また、この概念はルイ・ド・ブロイが最初に提唱したもので、ブロイはこの波を「ブロイ波」と名付けた。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 電磁波とは 3. 物質波とは 4. 横並び比較-電磁波と物質波の表形式 5. まとめ

電磁波は何ですか？

電磁波とは、電磁波の放射エネルギーを受けて空間を伝わる波のことです。これらの波は、真空中では光速で伝わる。電磁波の種類には、電波、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線などがあります。さらに、これらの電磁波を波長、周波数、エネルギーの観点から特徴づけることができます。

図01：垂直方向の電場と磁場を示す電磁波

この電磁波には電磁波成分があり、電場と磁場は互いに垂直で、波の伝搬方向に振動していることがわかる。

また、電磁波は「光子」と呼ばれる量子で構成されています。光子は質量を持たないが、相対論的な質量を持っているため、重力は通常の物質と同様に影響を与えることができる。原子にエネルギーを与えると、電子はより高いエネルギー準位に移動できるが、高いエネルギー準位は不安定なので、電子は低いエネルギー準位に戻り、光子を放出することになる。そのため、この事象は電磁波を発生させることができます。この原理を利用すると、化学元素の発光スペクトルを得ることができ、これらの原子のエネルギー準位を決定することができる。

物質波は何ですか？

物質波とは、粒子が集まってできた波のことです。しかし、これらの波は電場や磁場とは関係がない。この物質波は、電磁波とは異なり、粒子（質量と体積を持つ）で構成されている。したがって、すべての物質は波として振る舞うことができる。

図02：電子線回折における物質波の実証実験

物質波の概念は、ルイ・ド・ブロイによって初めて紹介され、この波が「ブロイ波」と命名されるに至った。

電磁波と物質波の違い

電磁波は、電磁波が空間を伝わっていくことで成り立っています。電磁波と電磁波の間には何の関係もありませんから、電磁波と電磁波の間には何の関係もないのです。

また、電磁波と物質波のもう一つの重要な違いとして、電磁波は光子（光子には質量も体積もない）で構成されているのに対し、物質波は粒子（質量と体積を持つ）を含んでいると言えるでしょう。

電磁波と物質波の違いの比較については、以下のインフォグラフィックで詳しく説明しています。

概要 - 電磁波 vs. 物質波

電磁波と物質の波は、いろいろな意味で違う。電磁波と物質波の大きな違いは、電磁波には電場や磁場が伴う（だから電磁波と名づけられる）のに対し、物質波には電場や磁場が伴わないことである。

引用

1Hermannstein, Anne-Marie. "EMR Definition," ThoughtCo, January 27, 2019, available here.