光は、互いに作用を及ぼしますか？

光は、互いに作用を及ぼしますか？
光が光に対し、何らかの作用を与えますか？
光は光から、何らかの作用を受けますか？

No.1 回答者： sanori 回答日時： 2008/09/29 02:41

こんばんは。

量子電磁力学の話になるかと思いますが、
ご質問の趣旨は、複数のフォトンどうしが、ということと解釈しました。

私が知る限り、
・光は、互いに作用を及ぼしますか？　　→　Ｎｏ
・光が光に対し、何らかの作用を与えますか？　　→　Ｎｏ
・光は光から、何らかの作用を受けますか？　　→　Ｎｏ
です。

光の干渉は、いわば、１個のフォトンが「自分自身どうしで作用」している現象です。


以上、ご参考になりましたら。

この回答へのお礼

NONONOなんですね。

＞光の干渉は、いわば、１個のフォトンが「自分自身どうしで作用」している現象

自分自身どうし、というところをもう少し詳しく教えていただくことはできますか？

お礼日時：2008/09/29 10:51

No.2 回答者： noname#108554 回答日時： 2008/09/29 06:40

マクスウェル方程式は線形なので、

光子同士は直接には相互作用をしませんが、
仮想電子を介してなら、以下のようなダイアグラムで
相互作用をするのでは？
光子　　　　　　光子
　　|　　　　　　/
　　|　　　　　/
　　|　　　　/
　　{~~~~~~~~~}
　　}　　　　　{ ←仮想電子4本
　　~~~~~~~~~~~
　　/　　　　　|
　/　　　　　　|
/　　　　　　　|
光子　　　　　光子
昔、これの散乱断面積を求めようとして断念・・・

この回答へのお礼

＞仮想電子を介してなら、以下のようなダイアグラムで相互作用をする

上から入射した光子が、4個の仮想電子の所を通過する際、その進路に影響を受けるということでしょうか？
電子にあえて仮想という単語の付いていることの内容はどういったことなのでしょうか？

＞光子同士は直接には相互作用をしません

もし、例えば、光が空間で交わると、その点のエネルギーは上昇しますか？
交点において、光と作用する可能性のある物が無ければ、その点を直進し通過した光は、入射前の光の波長や明るさと同じになるのでしょうか？

お礼日時：2008/09/29 11:08

No.3 回答者： noname#96418 回答日時： 2008/09/29 08:28

質問投稿日時：08/09/20 18:42　の「太陽の質量減少について」で、電磁波も重力源になるかどうかが論じられていて、「なる」という結論に傾いていたと思います。

もし「なる」のなら、光子同士が重力相互作用をするということにもなるのではないでしょうか。

この回答へのお礼

とすると、もしこの空間にもし物が存在しなかったのならば、空間に舞う光の外輪は球に近付こうとするということですか？

お礼日時：2008/09/29 11:17

No.4 回答者： noname#96418 回答日時： 2008/09/29 17:59

＃３です。

>もしこの空間にもし物が存在しなかったのならば、空間に舞う光の外輪は球に近付こうとするということですか？

この宇宙空間は永久に膨張し続けると考えられています。「物」が存在しなくてもその事情が変わらないのであれば、光を捕捉する天体が存在しないこともあって、光はどこまでも遠くへ飛び続けるのではないでしょうか。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。
＞「物」が存在しなくてもその事情が変わらないのであれば、光を捕捉する天体が存在しないこともあって、光はどこまでも遠くへ飛び続ける

光と光が引き合うのであれば、球になるのかなと思ったのですが、引く力よりも振り切る力が大きければどこまでも遠くへ飛び続けるのですね。

お礼日時：2008/09/29 18:14

No.5 回答者： ojisan7 回答日時： 2008/09/29 18:15

光は、互いに、直接に作用を及ぼし合うことはありません。

レーザー光の場合、位相がそろっていますので、干渉することができますが、これは線形波動の加法性から導かれる性質ですので、光が光に対する相互作用（光子が光子に及ぼす力）とは違います。

光は必ず粒子と相互作用します。そして、粒子は光と相互作用します。
このように、光が光と相互作用するためには、必ず間に粒子がなければなりません。光は粒子を媒介として光と相互作用します。光と光が直接相互作用することはありません。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。
＞光と光が直接相互作用することはありません。

そうなんですね。
光と光が直接作用できない訳をご存知でしょうか？
そちらも教えていただけたら嬉しいです。

お礼日時：2008/09/29 18:54

No.6 回答者： sanori 回答日時： 2008/09/29 19:30

＞＞＞

NONONOなんですね。
＞光の干渉は、いわば、１個のフォトンが「自分自身どうしで作用」している現象
自分自身どうし、というところをもう少し詳しく教えていただくことはできますか？




　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光源





スリット------------　------------------　------------------





　　　　　　　　　　　　／＼　／＼　／＼　／＼　／＼　
スクリーン--------------------------------------------------





光源から出発した光がスリットの孔を通ってスクリーンに到達するとき、
スクリーン上には干渉縞ができます。

そして、ここからが肝心なのですが、
光源から出る光の量を非常に微弱にして、フォトンが１発ずつスタートするような状況にしても、
スクリーン上には干渉縞ができます。

これは、１個のフォトンが自分自身どうしで干渉していることにほかなりません。


ちなみに、
フォトンが２つのスリット孔のうちのどちらを通ったかを検出する手段を設けると、
干渉縞は忽然と姿を消します。
いわば、
「どちらのスリットを通ったかわからないから、干渉縞ができる」
ということであるわけです。



今度は「御回答ありがとうございます。」とおっしゃっていただける回答になってますかね。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。
　
フォトンを１発ずつというのは、どのようにして行い証明できますか？

２つのスリット孔のうちのどちらを通ったかを検出する手段とは、片方のスリットを塞ぐのでしょうか？

お礼日時：2008/10/04 12:07

No.7 回答者： ojisan7 回答日時： 2008/09/29 23:49

>光子と光子が直接相互作用できない訳をご存知でしょうか？

これが一番難しいご質問ですね。結論を言えば、光子はそのような性質（相互作用の）を持っていないからです。これでは答えになっていないですよね。でもしかたありません。
そもそも、相互作用とは何でしょうか。自然界には４つの力があるということはご存じですよね。その、４つの力を媒介するのが、ゲージ粒子です。相互作用というのは、粒子とゲージ粒子の作用を言うのです。これが、現代の物理学の解釈です。ですから、粒子と粒子の相互作用とか、ゲージ粒子とゲージ粒子の相互作用というものは存在しません。
荷電粒子に働く力を媒介するゲージ粒子が光子ということになります。電磁相互作用というのは荷電粒子と光子との相互作用のことです。電磁気にはこれ以外の相互作用は存在しません。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。

ゲージ粒子とゲージ粒子の相互作用というものは存在しないのですね。

作用できないメカニズム・理由を知りたくなってきました。

お礼日時：2008/10/04 12:10

No.8 回答者： noname#108554 回答日時： 2008/09/30 02:18

直接には相互作用をしないのは確かですが、間接にはどうなんだ？について

他の回答者さんがコメントしてくれないので、自信を無くしていましたが、
やはり仮想電子を介してよいなら相互作用するようです。
http://universe-review.ca/R15-12-QFT.htm#Feynman
http://arxiv.org/PS_cache/hep-ph/pdf/0512/051203 …
ファインマンダイアグラムはやはり私の予想どおりでした。
よかったよかった。で、

>上から入射した光子が、4個の仮想電子の所を通過する際、その進路に影響を受けるということでしょうか？

そういうことです。

>電子にあえて仮想という単語の付いていることの内容はどういったことなのでしょうか？

仮想粒子についてはこれをどうぞ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%AE%E6%83%B3% …
仮想粒子は観測できませんが、これを考えないと計算できないので「仮想」なのです。

>もし、例えば、光が空間で交わると、その点のエネルギーは上昇しますか？

そりゃあ（エネルギー保存則の許す限りにおいて）上昇すると思いますよ。

>交点において、光と作用する可能性のある物が無ければ、その点を直進し通過した光は、入射前の光の波長や明るさと同じになるのでしょうか？

これはわかりません。計算してみないと。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。

リンク先が英語ですね。こ、こ、これは難しい。
日本語でわかりそうな所はございませんか。恐縮。

直接の作用は出来ないのですね。

質量の2乗は、エネルギーの2乗－運動量の2乗
を外れる粒子ということなのですね。

お礼日時：2008/10/04 12:26

No.9 回答者： noname#108554 回答日時： 2008/10/03 16:30

量子論的には直接に相互作用をしないのは確かですが、

一般相対論的にはどうでしょうね。

という問題は、私が昔から個人的に追っているテーマなのですが、
計算がむっちゃくちゃ面倒なので、今のところほったらかしです。
論文は探せばあるような気がしますが英語が苦手なもので。

というわけで、
「光は、互いに作用を及ぼしますか？
光が光に対し、何らかの作用を与えますか？
光は光から、何らかの作用を受けますか？」
という疑問への回答は個人的には、
量子論的には直接には無い。
量子論的には間接には有る。
一般相対論的にはよく分からない。
ということになります。

この回答へのお礼

量子論的には直接には無い。
量子論的には間接には有る。
一般相対論的にはよく分からない。

考え方の系統によっても可否も分かれる可能性があることは否めないということなのですね。

＞私が昔から個人的に追っているテーマ

素晴らしいテーマですね。

お礼日時：2008/10/04 12:30

No.10 回答者： grothendieck 回答日時： 2008/10/03 23:38

一般にはゲージ粒子とゲージ粒子の相互作用は存在します。

非可換ゲージ理論では”場の強さ”は

　Gμν = ∂μＡν - ∂νＡμ - ig[Aμ,Ａν]

で与えられ、交換子[Aμ,Ａν]の部分がゲージ粒子とゲージ粒子の相互作用を表します。
http://books.google.co.jp/books?id=-aCDjY_ps4UC& …
のp.169の図8.5がグルーオン(QCDのゲージ粒子)の散乱のlowest orderファインマンダイヤグラムです。ゲージ粒子とゲージ粒子の相互作用がないのは量子電気力学という可換ゲージ理論の場合だけです。「ゲージ粒子とゲージ粒子の相互作用はない」と書かれた方はそんなことは百もご承知なのでしょうがこれを読んだ人は一般に「ゲージ粒子とゲージ粒子の相互作用はない」と思う可能性はあるでしょう。
しかし考えてみてください。電子-電子散乱だって仮想光子を媒介にしなければ起こりません。光子-光子散乱と電子-電子散乱やグルーオン-グルーオン散乱の違いは何か？それは光子-光子散乱がlowest orderでも(ibm_113さんが示した図のように)ループを含んでいることです。ループを含まない図は古典論に対応し、ループを含んだ図は量子補正を表します。光子-光子散乱は量子補正としてしか起こらないので極めて微弱なのです。そしてその理由は「光子がゲージ粒子だから」ではなく「QEDが可換ゲージ理論だから」というべきでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
今の私には難しすぎます。

お礼日時：2008/10/18 20:44