光は振動するか

自然現象を理解することはとても難しい。
光とは、世界を・身の周りを支配していると見られるほど日常生活の基になっているとも言えるものでありながら、その物理的意味をどのように理解しているだろうか。
光を対象にする物理学では、必ず振動数あるは波長という概念で論じられる。
誰しも光が振動すると考えていると思う。
しかし私は光は振動などしていないと解釈する。その訳は、光はただ光速度で進行する縦波と解釈するから。
この解釈は間違っているでしょうか。

質問者からの補足コメント

• 

  この質問にも多くの方から御回答を頂きました。ありがとうございました。
  ベストアンサーを選べという催促も有りますが、選べずにいることを心苦しく思います。
  この光の基本的特性は周波数、振動数と言う数値でその光の性質を解釈します。その振動数(あるいは波長の波列数)と言う空間的光の広がりとしてその存在形状を認識出来る筈でしょう。空間的寸法が光にはある筈でしょう。光速度であっても、空間に実在する訳だから、空間的な広がりを認識出来ましょう。
  その時光が占める空間で振動するなら、その振動する実体が何かを尋ねている訳です。
  電気磁気学理論の電界と磁界の概念で光を解釈するのは、無理があると言う基本的視点に立っている訳です。電界も磁界も空間に実在しない人間的仮想概念であるから。
  お答え頂きながら、ベストアンサーも選べず済みません。

    補足日時：2015/09/29 12:48

No.17 回答者： kawasemi60 回答日時： 2015/09/26 09:24

あのぉーーー縦波だけなら電磁気的手段で検出

出来ないのでは？空間が量子構造を持たない均質
で偏りの無い空間なら縦波だけも可能かも・・・

現代では多くの現象に量子性が考えられている訳で・・・
空間に量子性が在ると考える方が良い気がします
量子性が在るなら空間に存在する全てに縦波だけ

という事は無い、と思う。
それに縦波だけなら光の指向性をどのように説明しますか？
レーザー理論さえ崩れてしまう、と。

No.16 回答者： kothimaro 回答日時： 2015/09/24 20:57

質量とエネルギーは等価です。

例えば、静止時の電子の質量は、m=9.11×10^-31kgです。これをエネルギーに直すには、「E=mc^2」を使います。
　電子のエネルギー量E=9.11×10^-31kg×(3×10^8)2/1.6×10^-19=0.511MeV(メガ電子ボルト)
となります。つまり、電子と言う物質は9.11×10^-31kgの質量を持ち、それをエネルギーに直すと0.511MeVになります。電子は質量=エネルギーを持つので重力に引かれるのです。
　同様に、光もエネルギーを持つので、質量に直すことが出来ます。

光のエネルギー量は、Ｅ＝hv（プランク定数×光の振動数）と表わされます。
可視光線は、紫から赤までです。赤い光は3.9×10^14Hz(ヘルツ)・紫の光は7.9×10^14Hz(ヘルツ)です。1Hzは1秒間に１回振動する光です。そのエネルギー量が、6.626069×10^-34J(ジュール)であることは、既に説明しました。
赤い光の1秒当たりの振動回数ν回/秒=3.9×10^14回
紫の光の1秒当たりの振動回数ν’回/秒=7.9×10^14回
です。ですから
赤い光のエネルギー量E=h(ジュール*秒)×3.9×10^14回/秒= 2.584166×10^-19ジュール
紫の光のエネルギー量E’=h(ジュール*秒)×7.9×10^14回/秒= 5.234594×10^-19ジュール
です。これを質量に直すには、E=mC^2⇒m=E/C^2を使います。
赤い光の質量m(㎏)= 2.584166×10^-19ジュール÷C^2=2.584166×10^-19ジュール÷{(2.997924×10^8)ｍ/秒}^2=2.875272×10^-36㎏
紫の光の質量m’(㎏)= 5.234594×10^-19ジュール÷C^2=5.234594×10^-19ジュール÷{(2.997924×10^8)ｍ/秒}^2=5.824270×10^-36㎏
です。これで可視光線は、2.875272×10^-36㎏から5.824270×10^-36㎏までの質量を持つことが分かりました。従って、光も質量を持ち重力によって落下することが分かります。

この様に、超ひも理論では、物質も光も一本の超ひもの振動で表現されます。そして、質量やエネルギーは振動数に比例して大きくなります。光自身が振動するので、波の様に進むのです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
光が振動すると言うことを仰っていると思います。その点を質問しています。
光は質量など持ちません。光が吸収されて、その時質量に変わるのです。質量が熱・光に変換する逆変換です。
1Hzは1秒間に1回振動する光です。›
と言う時の光の振動する実体は何かという質問です。

お礼日時：2015/09/25 08:59

No.15 回答者： kawasemi60 回答日時： 2015/09/24 09:33

市民的生活の場の感覚というのも理解は困難。

電気ポットのポンプ構造さえ知らない私は質問中・・・
１００人いても９９人は知らないと思う

理論物理並みの理解困難が有る市民的生活・・・
理論の科学、応用の工学と受け入れる普通心、と。

No.14 回答者： kawasemi60 回答日時： 2015/09/22 13:48

間違ってます。

世界に移動できる物は存在しませんから進行は無い。
数千年昔の哲学常識では図形の移動さえ避けていた

現代の教育で教えている図形の移動による相似形
説明は当時なら異端の典型
私には今でさえ粒子やエネルギーがなぜ移動できる

のか理解不能なのです・・・
振動は移動であり進行も移動である、解釈が不成立
移動という考えが時間という概念を作り出したので

理解がやっかい・・・現象的な粒子や時間は実在するが
移動しない物理学が、たぶん・・おそらく・・・宇宙の本質。
移動せず時間を含まない統一方程式、と。

挑むならぜひこのような方向に願いたい～

この回答へのお礼

私が最近頓に気掛かりなことに、科学技術には疎くて、理論、理論と数学的解釈の世界に浸っている学問分野があるように思う。
そのような世界観を持つ人は、現実世界の生活の場で、市民的生活の場の感覚から懸け離れているのじゃないかと心配です。
人の事を言える私ではないが、電気磁気学理論が現実の生活観から感じる自然観とかけ離れ過ぎていて、無駄な理論と思う様になった。もっと単純な解釈で良いと思う。
理論より科学技術の応用の日常生活に学ぶ方が良いと思います。

お礼日時：2015/09/22 21:53

No.13 回答者： puyo3155 回答日時： 2015/09/18 23:52

>No.9でおっしゃる通り、量子論については殆ど理解できていません。

手元に在るディラック現代物理学講義　P.A.M.ディラック著等を見ても難しい。
だと思います。でもそれが悪いことではありません。でも、そういう理論をもとに、あなたの疑問にみんなボランティアで答えてるわけです。だから、ひとつひとつ、それを受け入れて咀嚼するのが、こういうサイトのエチケットかなと思います。

＞さて、電界、磁界の概念は古くて役に立たないなら、何故そんな話を学校教育で教えるのですか。古典場で考えるのがそもそも無意味だと言うなら、電磁気学の内容は無意味だと言って切り捨てないのですか。確かにそんな電界や磁界が本当にある訳ではないのだから、学校教育で取り上げたり、試験問題にしない方が良い筈です。それで新しい教育内容を創らなければならないと言うのが私の言う論点です。その古典場論が無用なら、何故そんな無駄を教育するのですか。

教育者の言葉としては、あまりにばからしくて反論する気も失せますが、あなたの本音というか、論点がわかったので、まじめに回答します。

古い物理理論が、新しい理論にとって変わらられる絶対の条件があります。それは、古い理論は、それなりにある一定の時期を信じられていたのだから、新しい理論が出た場合は、その理論が古い理論を包括していなければならないことです。新しい理論を打ち立てたことで（あなたの独自理論もそうですが）、古い理論で説明出来ていたことが破綻してしまうなら、それはただの戯れ言です。新しい理論ではないのです。つまり、新しい理論だと言うなら、ある条件付けをすることで、古い理論が導き出されなければならないのです。

そういう、物理学とか科学の大前提を、教育者ならまず理解してください。
その上で、古い理論を、学校教育で教える理由は、いくつもあります。

①　新しい理論が出ても、ある条件の元では、古い理論で近似できる。その制約をわかったうえでは、十分使いみちもある。
　　相対性理論理論が出ても、いまだニュートン力学を学校で教えるのは、光速に比べて速度が十分遅いとか、重力が弱い範囲においては、
　　一般相対性理論はニュートン力学と同等だからです。なので、現役の理論として十分実用性があります。逆に、例えばGPSのクロック計算など、
　　相対論の時間の遅れや進みを補正しないと、だめな場合は、当然ながら、新しい理論を使います。いたって、当たり前のことです。山手線の、
　　時刻表を作るのに、相対性理論はいらないのです。

②　新しい理論へ進むすじみちとして、あえて古い理論を教えて、思考を鍛える。
　　方程式があれば簡単にとけるのに、あえて、鶴亀算的なものを教える。
　　最先端の物理学者が、一連の・・・力学を収めてから、専門に進むのも同じです。
　　教育や、文化の伝承の根本的なテーマではないでしょうか。

③　新しい理論の１つの解として、もともと使っていた扱いやすい古い理論や法則が、ある条件のもとで厳密に導かれる。
　　電磁波の振る舞いは、マクスウェルの方程式で１００％表されますが、すべての状況で、解析的に方程式を解けるわけではないし、日常よくある問題に、
　　いちいち基礎方程式にもどって考えてはめんどう。電磁気学の、ファラデーの法則や、クーロンの法則などは、マクスエルの方程式から導かれるので、
　　それは十分実用性があるし、それを使う限り、基礎方程式に従っているといえる。しかし、マクスエルの方程式のような基礎理論がなかった時代に、
　　現象から導き出したクーロンの法則の説明は、②の理由も大きい。なので、もし、その現象の根源の問題に疑問をもったときに、教科書的説明に反論しても
　　意味がないわけです。その時は、もっと根源の理論にかえって、その疑問が、すでに解決されているものか、解決されない根源的なものかを問う必要あります。

④　新しい理論が出ても厳密解を扱うのは容易ではない。厳密解のかわりに、実用性を重視して積極的に使う。
　　初期の量子論が、ヤマ勘というか、仮説の嵐のてきとう理論ではあっても、量子力学が完成し場の量子論にとって変わられた後も、実用計算で利用されている。
　　電磁波は波だとわかっても、幾何光学的な反射の計算や、経路の計算を使うほうが、全然便利など。
　　実際場の量子論とて、相互作用のない、電子の振る舞い・・・などは解けても、厳密な解は少ない。計算も摂動法などを用いて、モデル化しながら解く。

あげればきりがありません。したがって、学校教育では、②を根底において基礎を教え、興味やレベルに応じて、①や、③、④を教えていく。これは、いったって当たり前のことであり、普通のことだと思います。

私は、電界・磁界の概念は古いと言いましたが、全てに役に立たないなど、ひとことも言っていません。あたなが、電子の存在の根源にふれたり、電磁波を縦波と言ったり、電荷は存在しないというような、およそ、学校教育の基本的な物理学では触れないような根源の問題や課題をもちかけ、多くの人のアドバイスを無視しながら、独自理論を話しているので、「そういう疑問に、古い理論をもって、反論や疑問をもちかけ、独自の理論をぶっても、役に立たない」と、申し上げただけなのです。

場の量子論を少しでも勉強されたら、場は、なぜだか理由はわからないが、そこに存在し、空間全てを埋め尽くしている。電場も磁場も、最初から裏腹でそこに存在しているのです。これだけでも、あたたの疑問の投げかけが無意味だとわかるでしょう。勝手に古典論で、勘違いしておいて、電場と磁場はそこにあるのだ！！などというのは、意味が無いというのは、そういうことです。だって、その通りです・・・としか言いようないですから。

場の量子論によると、全ての素粒子は、古典的な粒に量子論的な概念を付け足したものとは大幅にイメージが違い、電磁場、電子場、ヒッグス場・・・など、物質を作るフェルミオンや、力を伝えるボソンそれぞれに、別の場が重なって、空間全部に満ち足りて存在している。それが、エネルギーによって励起したり、場同士が、複雑に相互作用をすることで、物質の要素である、電子、陽子・中性子（厳密にはアップクオーク、ダウンクオーク）が出来ることが説明され、さらに、物質を結びつける、電磁力の光子（電磁波）、陽子や中性子を結びつける、強い力のグルーオン、素粒子に質量を生み出すヒッグス場なども、同様の理論体系の中で説明されます。すると、物質を変える弱い力の不思議さ、自発的対称性の破れ、物質と波動の２面性、状況においては縦波をもつ光子など、いろいろな現象の根源的イメージが、もっと湧いてくると思います。

＞量子論は知りませんが、一つ疑問があります。150MHz(波長2m）の分布定数線路で、電線路間10㎝の間隙内に定在波がある。そこに直管蛍光灯を差し込むと、蛍光灯がその部分だけ明るく点灯します。この空間のエネルギー的解釈は場の量子論の問題でしょうか。

質問のポイントがよくわかりません。場の量子論は、すべての物理現象の根源ですが、理論が厳密でも、現象を解析に解かれているかどうかは、別問題です。分布定数回路のような古くから定式化されつくしたものは、マクスエルの方程式から導かれる高周波伝送として一般化されているので、別に、独自理論も最先端理論も持ちださなくても、十分討議可能だと思います。もし、具体的に、制約のある定期化や、根源方程式で考えても、説明出来ない現象があるとお考えなら、１。その現象はなにか。２。使った定式化された法則はなにか３．考えられる根源理論（マクスエルの方程式？）、４.その他使った、教科書的解釈（電流？電荷？電子？）、を示して質問されるのがいいかと思います。みなさんが、どの前提を取り違えたからとか、どの理論をごっちゃにしているから、あなたがそう思うのだろう・・と、丁寧に説明してくれると思います。ちなみに私自身は、導波管やスロットアンテナの伝送、反射、回折などが専門だったので、懐かしいです。もう忘れちゃいましたが・・・

No.12 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/09/18 09:50

>誰もが理解できる内容でしかないので

いえ、私には全く分かりません。

No.11 回答者： puyo3155 回答日時： 2015/09/17 23:46

＞電場とか磁場とは、電荷による電気力線の空間、電流(変位電流)による磁力線の空間と言う意味であろうと解釈します。

例えば、これが違うのです。これは１００以上まえの、古典場の考えで古い。限定的な現象を既述するために、この考えを用いるのはもちろん構いませんが、厳密には古い考えです。

あなたは、立て続けの質問で、電磁気学のテクニックを聞いているのではなく、物質、力、場、エネルギー等に関して、根本的な質問をしているのですから、古典場で考えるのがそもそも無意味だと思います。気づいた矛盾がポイントをついていても、何百人もの天才が１世紀以上にわたって改編され続けてきた最新の物理学では、結論が出ていることばかりなのです。それに目を向けずに、思いつきの独自のアイデアで解決するのは無理があると思いませんか。

意地をはらずに、まず場の量子論や標準モデルの話を理解しようとされてはどうですか？何がすでに解決されているかを理解すれば、話もスムースになると思います。電子の存在の話もまったくもって同じ話です。

この回答へのお礼

ご指摘ありがとうございます。
No.9でおっしゃる通り、量子論については殆ど理解できていません。手元に在るディラック現代物理学講義　P.A.M.ディラック著等を見ても難しい。
さて、電界、磁界の概念は古くて役に立たないなら、何故そんな話を学校教育で教えるのですか。古典場で考えるのがそもそも無意味だと言うなら、電磁気学の内容は無意味だと言って切り捨てないのですか。確かにそんな電界や磁界が本当にある訳ではないのだから、学校教育で取り上げたり、試験問題にしない方が良い筈です。それで新しい教育内容を創らなければならないと言うのが私の言う論点です。
その古典場論が無用なら、何故そんな無駄を教育するのですか。
量子論は知りませんが、一つ疑問があります。
150MHz(波長2m）の分布定数線路で、電線路間10㎝の間隙内に定在波がある。そこに直管蛍光灯を差し込むと、蛍光灯がその部分だけ明るく点灯します。この空間のエネルギー的解釈は場の量子論の問題でしょうか。

お礼日時：2015/09/18 10:49

No.10 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/09/17 22:00

>エネルギーが存在する空間と言うだけです。

うーん既存の物理とは全く異なるもののようですね。
エネルギーも言葉を借りているだけのようなので、定義するところから
始める必要があるでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
おっしゃる通り、私が述べる事はいわゆる物理学の基本理論、特に電気磁気学について、全く視点が違うのです。エネルギーと言う実在性の認識を問う事から始めないとならないかもしれません。
私の考え方は単純である為皆さんが得られた知見と比べれば、何も要らないような事で済む程幼稚とも言えます。誰もが理解できる内容でしかないので、専門家には物足りなく、何も知らない愚か者の戯言と映るかもしれません。だから、折角ご回答頂きながら、失礼なことになる事をご勘弁頂きたいのです。
私が電気磁気学で最初に気付いた事は、アンペアーの法則とファラディーの法則に矛盾を感じ取った事からでした。易しい基本が理解できなかったのです。
御意見を有難うございました。

お礼日時：2015/09/18 09:06

No.9 回答者： puyo3155 回答日時： 2015/09/17 21:43

間違っています。

場の量子論のことをまったくしらないのだということが、よくわかり、少しかわいそうになりました。騙されたと思って勉強してみてください。アタナの疑問がすべて解決します。ご自分が知っている、主に古典論的な発想から、独自の理論を展開したとて、すでに解決していることも多いのです。少なくともそのアドバイスを受け、その概念を取り込んでみて、なおご自身の疑問が続くのなら、再度質問してはいかがでしょう。

No.8 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/09/17 15:07

>エネルギーと言うとそれが空間に存在すると

>言う実感が無いと思います。運動エネルギーと
>位置エネルギーで理論を構築されているからだと思います。

いえ、普通の物理でも場はエネルギーをもちます。
電磁エネルギーは電場と磁場が運ぶものです。

でも場には実在性を認めて無いのですよね。

hokaketegooさんの言うところのエネルギーは場とは
独立に存在しうるものですか？
それは物理的にどう定義出来ますか?

この回答へのお礼

御指摘の意味が分かりました。
世界はエネルギー一つで成り立つ。と言う点だと思います。
場と言う意味がはっきり分かりませんが、物・エネルギーが存在する空間の事であれば、その通りです。
しかし、場がエネルギーを持つと言う意味は良く分かりません。特に電磁エネルギーは電場と磁場が運ぶものです。と言うことになると、電磁気学理論の通りですが、その解釈には賛成しかねます。
電場とか磁場とは、電荷による電気力線の空間、電流(変位電流)による磁力線の空間と言う意味であろうと解釈します。その電気力線、磁力線と言うものがエネルギーと等価であると言うことだろうと解釈します。その点が私の異論を言いたい解釈になります。電界とか磁界と言うものが、空間に存在(実在)するエネルギーの一面をそれぞれ直交ベクトル（E,H)で解釈した仮想概念でしかないと言うことです。
エネルギーが存在する空間があなたの言う空間場と言う意味なら場でも同じ事ですが、場が電界や磁界と結び付けた概念だとそれは少し意味が違います。エネルギーが存在する空間と言うだけです。目の前に風景を観測すれば、それは空間を伝播する光のエネルギー波・縦波を目で受け取っているから観測できる訳です。その目の前の空間を場と仰るだけなら、場と空間は全く同じ意味です。ですから空間はエネルギーの実在する為の基本であります。世界はエネルギー一つで成り立つと言う意味は空間に存在する質量や熱などのすべての基であると言う意味です。
ありがとうございました。

お礼日時：2015/09/17 17:43