光と熱の違いは何でしょうか

光には可視光線や紫外線などの分類があります。電磁波も光とも言えるかもしれません。赤外線は光であるが、熱線で熱とも言えます。

質問者からの補足コメント

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  No.13さんの解答を頂きました。
  私が指摘したいと思うことがそこに示されています。
  ＜質量が無い物が波長を持っているわけがありません。＞
  これはどういう意味か理解できません。例えば、電線路の電気現象を考えたとき、定在波分布回路で言えば、電線路内は電磁波の波長で定在波が発生します。電気現象は光エネルギーの伝播と同じ現象です。ただ電線路内にエネルギー伝播空間が極限された状態ではありますが。その波長はエネルギー分布状態を示した定在波です。決してその「電線路内に質量が有る」等と言う電気技術者は居ません。光がエネルギーなら、そのエネルギーは必ず空間に分布して実在すると看做せましょう。エネルギーが質量に関係なく『実在的物理量』と認識しなければなりません。
  以上補足説明させて頂きました。

  No.13の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2015/08/20 09:29

No.15 回答者： kairobaka 回答日時： 2015/08/21 01:29

光というのは　波長で

熱というのは　物体でどれだけ
原子の　運動エネルギーということでは
いけないのでしょうか（汗）

この回答へのお礼

ありがとうございました。
物理学で学習する初めに、運動方程式と言うのが有ります。
そこでは質量の運動速度で｢運動エネルギー｣を教えられます。すの考え方が全ての解釈の基本として教育されます。だから温度も分子の運動エネルギーで解釈するのが教科書や、学校の入学試験で求められる理解力の判定基準になっているのです。
その解釈は間違っているのですが、科学常識で世界の標準的共通論になっているのですから止むを得ないかとも思います。気体の分子運動論が間違いでも科学者が現在その論を採用しているだけなのです。
ありがとうございました。いろいろ勉強することが多いですが頑張ってください。

お礼日時：2015/08/21 08:46

No.14 回答者： puyo3155 回答日時： 2015/08/20 23:38

質問や、質問への反論を見て、いろんなことがごっちゃになっている感じを受けます。

（１）熱の実態は、分子の運動です。高温の物質と低温度の物質が接触していれば、その間を伝わるエネルギーの伝達が熱なのです。実態として、熱波などがあるわけではない。それは既にわかっていることなので、あなたが何を言おうと、どんな屁理屈を述べようと変わりません。

（２）次に、可視光、紫外線、赤外線、それら全て、電磁波です。これも、わかっている事実なので、論議する内容ではありません。

（３）赤外線は熱を伝える・・・というのは、特定の波長の電磁波が、皮膚の分子をちょうど揺り動かす波長のため、さも赤外線が暖かいと誤解するだけです。同様に、マイクロ波（特定の波長の電磁波）は、水分子を揺り動かすため、電子レンジ（まさにマイクロウェーブと言いますね）で食品が温まります。その場合も、マイクロ波が暖かいわけではありません。携帯電話の電磁波も同程度の周波数ですが熱は感じませんね。これもまた事実なので、独自の理論を述べても意味がありません。

（４）さて、ここからは本題、では電磁波（光）は、何が振動しているのか？これは難問です。場の量子論的に言えば、空間に普遍的な素粒子ごとの場があり、その場が振動して、力を伝えたり、物質の元を作る。電磁波の場合その場は電磁場と呼ばれます。波動的に考えると電磁場の振動の伝達でとも言えるし、粒子的に捉えると光子を交換して力が伝わるとも言えます。

しかし、現在わかっている場の量子論や、標準モデルは、素粒子に関する実験結果の説明にはほぼ成功しているものの、根源的にそこにある場がなんなのか？には答えていまん。つまり、その答えは、まだだれも知りません。超弦理論など、素粒子を、根源から導く理論が完成したとき、そのことがわかるかもしれません。ですから、独自の理論をお持ちなら、学会なりで発表されるのは自由だと思います。

ただし、その場の量子論が説明できていない限界があるとは言っても、素粒子（フェルミオン）によって作られる物質はそこに存在し、ある大きさを持っています。そして、光の波動性を考える場合には、波長を持ってることが、あらゆる実験結果からわかるので、波長云々への付け焼き刃的反論はほとんど無意味です。１５０年前からあるアンテナだって、波長とピッタリ会ったとき電流が流れます。アンテナの長さが簡単に言えば波長です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
あなたが私の述べる事に相当強く異論を持たれていると思います。それは当然のことと思います。何故なら仰る事はどこの教科書でもそのように解説しているから、科学常識の範囲であなたの言う通りなのです。
貴方は良く現代物理学の教科書の解釈に精通して居られ、その通りのご指導を常日頃なされているものと推察いたします。だからあなたは教科書通りの解説者として世間では十分立派に通用されている筈です。
さて、私が問題にしているのは、教科書の論説が科学論として誤りの無いものかと言う疑問から始まって、殆どの論理性で矛盾を抱え過ぎていると言うことです。科学的概念の重層構造で極めてあやふやの論理性で構築されていると言うことです。
少し専門的な解説をさせて頂きます。
あなたの挙げた（４）電磁波(光)は何が振動しているか。の答は｢何も振動等していません｣と言う事です。電磁波は空間のエネルギーの衝撃波の光速度でただ進行するだけの波動です。電界や磁界などの横波の波動としてマックスウエル方程式で解釈されていますが、横に振動する電気力線や磁力線等の物理量など何もないのです。
もう一点。空間に分布するエネルギー密度波には頭の波頭値と尻尾の波尾長部分とで一つのエネルギー波形を成しています。そのエネルギー波形には必ず頭から波尾までの波長が有ります。それが波長で、ほぼ指数関数的に波尾まで減衰する波形でしょう。光も同じ波形として捉えるべきです。その波形は雷の衝撃波を調べればお解り頂けると思います。
以上科学常識とは異なる解釈でした。ありがとうございました。

お礼日時：2015/08/21 08:38

No.13 回答者： sky_ionair 回答日時： 2015/08/19 22:42

>光は勿論質量を持っても居ません。

光はエネルギーそのものなのです。

質量が無い物が波長を持っているわけがありません。
エネルギーがあればそれは即質量があるという事に他なりません。

話が通じないので、これ以上は議論不要です。

No.12 回答者： isoworld 回答日時： 2015/08/19 17:54

回答No.9の続きです。

私はエネルギーと言っているだけで、運動エネルギーとも位置エネルギーとも言ってはおりません。そういう（古典物理学的な）括りでは特定はできないように思うんです。最後の文章で「量子力学では粒子の運動（運動エネルギー）と言っていますけれど」と書いたのは、まあ皮肉と言うか、それでしか説明できていない、という意味合いです。実は私はそうは思っていないんですよ。では何かと言えば、分かりませんけれど、何かの形態のエネルギーを持っている....。

この回答へのお礼

ありがとうございました。
少し言うことが舌足らずであったかもしれませんので誤解されたらお詫びいたします。運動エネルギーと位置エネルギーと言うのは物理教育の教科書の捉え方がそうなっているかと思った事での解釈でした。空間にエネルギーそのものの存在を認識していないのではないかと思う点がとても気掛かりな物理学の問題と思うのです。
世界の全ての根源は素粒子などの研究対象になっていますが、エネルギー一つで世界はすべて構成されていると言うのが私の解釈です。
ありがとうございました。

お礼日時：2015/08/19 20:19

No.11 回答者： ShowMeHow 回答日時： 2015/08/19 16:54

きっと、放射された赤外線など（電磁波）のことを熱として捕らえるから、つじつまが合わなくなっちゃっているんじゃないかな？

熱＝質量のあるものの運動エネルギー
電磁波＝質量がほぼないと思われるただのエネルギー
これらのエネルギーは御互いに変換しあうことが可能で、その例としては
電磁波が物体にあたると物体の運動エネルギーが上がり、温度が上がる。
物体を加熱することにより、電磁波を放射し（物質のない）空間でも伝達されていく。
などが一般的です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
No.4さんですね。
電磁波はすべて空間エネルギーそのものの縦波伝播現象です。
だから光(電磁波)が入射すれば光速度でないエネルギーに変換し、それは物体内の空間で局所化したエネルギー即ち熱エネルギーとなると考えます。
どうも運動エネルギーと言うもので温度を捉えようとするところが私と異なるのかと思います。
ありがとうございました。

お礼日時：2015/08/19 20:08

No.10 回答者： sky_ionair 回答日時： 2015/08/19 10:28

粒子が動く事自体がエネルギーなので、それでいいんじゃないですか、

エネルギーはつまり大小はあるけど熱ともいえるわけで、

熱・光・電磁気もエネルギーを持つことが知られるようになり、さらに、質量までがエネルギーの一形態である
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%8D …

http://www.marusyosangyo.jp/etc/74

この回答へのお礼

ありがとうございます。
〈粒子が動くこと自体がエネルギーなので〉と言う点が私には少し考えさせられます。確かに、光も『光子』｢光量子｣等と一粒の質量を持つかの如き捉え方をして、如何にも運動エネルギーに関連付けた解釈がし易いようです。しかし、粒子性と波動性と言う相容れ難い二つの概念で切り替えて認識するジレンマを抱えているのも事実です。その矛盾を解消するには、別の観方をする必要があります。
光は粒子ではないのです。勿論質量を持っても居ません。光はエネルギーそのものなのです。熱もエネルギーそのものなのです。だから振動等の解釈は不要なのです。
電磁波もエネルギーを持つのではなく、空間分布のエネルギーそのものの縦波でしかないのです。
過去の偉大な法則や理論は、新しい発見がなされても、過去の物はそのまま引き継がれているのが現代物理学の欠点とも言えます。その例が『マックスウエルの電磁場方程式』です。電気現象はすべて光に関係していることがその方程式に示されました。電磁場方程式は電波の伝搬だけでなく、電気回路においても光と関係している現象の筈ですが、アンペアーの法則が1821年頃提唱されて、それが光で見直されないところに科学論の矛盾の重層構造を引き継ぐ基があるのです。
電磁波は電界と磁界の横波のような概念で捉える事になっていますが、その概念自体が人間が造りだした仮想的概念でしかないのです。電磁波も光と同じエネルギーの縦に伝播するエネルギーの縦波である事を認識する必要があります。その時にはじめて、粒子性と波動性の矛盾が解消されるのです。
相当科学常識とかけ離れた話で済みません。よろしく願います。

お礼日時：2015/08/19 15:16

No.9 回答者： isoworld 回答日時： 2015/08/19 10:15

進んでいる話を元に戻せば、回答Ｎｏ．１にあるように、放送波もマイクロ波も赤外線も可視光線もエックス線も総て電磁波です。

　「光と熱の違いは何でしょうか」ですが、光と熱は次元が違う話ですから、それを同じ土俵で違いを説明することはできません。熱はエネルギーの単なる一形態です。電磁波もエネルギーをもった状態で伝播していますが、そのエネルギーを何らかの方法で変えると熱（熱エネルギー）にもなる、というだけの話でしょ。

　光は振動していると言っているのは仮の簡略化した表現で、もっと正確に言えば電界（電場）と磁界（磁場）が交番しながら伝播する…その交番です。振動と言えば素人受けしますから（何となく分かった気にさせられますから）。
　ですから電磁波（光や赤外線も含めて）は「振動している」という仮の表現を正確な理解として話を先に進めると、うまくモノゴトを説明できなくなってきます。一歩譲れば回答Ｎｏ．５さんが提唱されるように「場の振動」ですね。あるいは波動です。

　電磁波でも（放送波と比べて）波長が赤外線のように短くなるほど、何かの誘電体に入り込むと伝播しにくくなって弱まり、持っているエネルギーが熱エネルギーに替わってきます。

　熱は分子（水分子）の振動だという話もありますが、それも仮の簡略化した素人受けする説明であり、伝播せずにその物質が持ち続けているエネルギーの一形態です。それでは分かりにくいので量子力学では粒子の運動（運動エネルギー）と言っていますけれど。

この回答へのお礼

ありがとうございました。
大体仰る意味は解ります。ただ大事な点で理解して頂きたい事があります。
それはエネルギーと言うものを、運動エネルギーと位置エネルギーの二つで解釈する運動力学が物理学理論の根幹を成しているように思えるほど、重要な解釈の原理になっている点ではないかと思います。だからどうしてもエネルギーと言う物理量を捉えるのに量子力学の原子構造とそのエネルギー的振る舞いを質量と電荷による解釈を必要とすることになる訳なのではないでしょうか。光も電磁波もエネルギーを持つのではなく、エネルギーそのものの空間分布なのです。空間にエネルギー密度の分布構造を持ったものなのです。それは運動エネルギー等全く無関係で、質量も意味がないのです。
電磁波について、先にNo.10の方へのお礼で少し説明させて頂きました。
ありがとうございました。

お礼日時：2015/08/19 15:34

No.8 回答者： go 回答日時： 2015/08/18 22:44

質問者さんと同じ（様な）疑問をもったことのある者です。

解答ではありませんが、この話の先には「熱とは？」と言う所に一度は立ち寄ることになると思いますので、横やりで あやふやな情報ですが 一言。
これまで、科学を生業とする偉い人たちが「熱」の定義をしてきましたが、5回目の再定義にも失敗し、今現在も全てをうまく説明出来る矛盾のない定義が出来ていないそうです（今現在＝少なくとも3年前のことです）。
本質問は そこまで厳密に理論を完成することを目的とした問とは思いませんんが、勉強する程、研究する程分からなくなるパターンかもです。
目から鱗のような面白い解答があるといいですね。
興味を持って傍聴しております。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
あなたのおっしゃる事は私の思いと同じです。
『熱』に関わると限りなく泥沼に入るようだと言うことを昔聞いたようです。だか『熱』は避けたいのかもしれません。しかし、日常生活に根差した自然現象を読み解けば、何も難しいものではないと思います。兎角学問的権威を守ろうとして、平易さを避けるところに偉い科学者の保守性の問題があるかと思います。
最終的には、質量ー熱ー光がその本質では｢エネルギー｣と言う物理的実在量に統一される筈です。
平易な市民的科学論でみんなの科学にしたいと願っています。
よろしく願います。

お礼日時：2015/08/19 09:13

No.7 回答者： suzumenokox 回答日時： 2015/08/18 21:11

「熱は分子の振動だ」と素人なりに納得していた一人です。

なぜ振動が温度になるのかと問われてなるほどと思いました。

物体の中で原子の振動がゼロの時が絶対零度です。
そこに振動が加わると基底状態と比べてひずみが生じて
その分が熱になるということだろうと思うのです。

マクロの世界における摩擦熱に類するようなものが
量子の世界において空間のひずみという形において
発現されるのではないか、なんてことを考えてしまいます。

それはマクロの世界では無視できる程度であって
量子の世界では無視できない影響として発現するという解釈で
いいような気がします。

そして、その物体内の原子の振動数を大きくするのが
可視光を含む電磁波だということになります。
電磁波は熱源から物体へエネルギーを運ぶ橋渡しをするということになります。
そのエネルギーで物体内の原子の運動エネルギーが上がることにより
原子の振動が大きくなって
それによる空間のひずみの要素が直接の温度上昇につながる
という解釈が成立するのではないかと思います。

電磁波の波動性というのは
物質同士が相互に関係する際の
橋渡しをするものとして
ビッグバンから展開してきた自然界が内包してきた
前提の一つとして考えるしかなさそうです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
おっしゃる事は誰にもよく理解できる説明かと思います。いわゆる現代物理学の解釈論として。ただ私はビックバンなどと言う宇宙の現象は理解も出来ないし、信じる事も出来ない本当の素人です。
一つ気掛かりな御説明があります。それは｢電磁波は熱源から物体へエネルギーを運ぶ橋渡しをするということになります。」の意味です。
電磁波がエネルギーを運ぶと言う意味は電磁波とエネルギーは別物と解釈されているからと思います。そこで電磁波とは何かと言う問答になります。電磁波はエネルギーの縦波であるとの解釈をしてはいないと思います。電磁波はただエネルギーの縦波でしかありません。電界、磁界と言う横波で解釈するマックスウエル電磁場方程式が電磁気学の電磁界解釈の基礎理論になっているからではありますが、電界磁界と言う概念も空間エネルギーの一面的科学論の観方でしかないのです。エネルギーが空間を縦に光速度で伝播する現象でしかありません。
誠に勝手な科学常識から逸脱した解釈を述べて申し訳ありません。しかし平易な科学論でみんなが理解できる事を祈念している事からの話ですので、失礼の事お許しください。
ありがとうございました、またよろしく願います。

お礼日時：2015/08/19 09:35

No.6 回答者： sky_ionair 回答日時： 2015/08/18 20:26

光にもエネルギーがあります。

物質に光が当たるとエネルギーに変わる。それが強いか弱いかで熱量が変わる。
そう解釈してます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
「光もエネルギーがあります」とおっしゃいますが、そこのところが私の解釈と少し違います。光はエネルギーそのものです。光が物質に当たるとエネルギーに代わるのでなく、光の空間伝播するエネルギーの形態が物質の中に取り込まれて、光速度が減速し、局所的にエネルギーが変化すると解釈します。それが熱エネルギーと言う状態で蓄積されると解釈します。蓄積が続けば再びそのエネルギーが物質から放射されることになる訳です。
ありがとうございました。持論で済みませんがよろしくご検討願います。

お礼日時：2015/08/19 09:46