光はなぜガラスを通過するのですか？

Question

光はなぜガラスを通過するのですか？光は波だといいます。波のうち目に見えるのが光で音に聞こえるのが音でそれ以外は電波とか紫外線とか書いてあります。波長が違うだけで全部同じものだとあります。ガラスは空気を遮断するのに光や音を通すのはなぜですか？空気の波なら通過するはずがない。対して光はまた粒であるといいます。光子というもの。ツブツブなら通過しそう。しかしガラスや水晶やダイヤモンドは物質の中でも最上級に硬いもの。その分子構造は強固で密です。それらが光を完全に通しスカスカの木や土の壁が光子の通過を100%カットするのはなぜですか？逆なら分かります。私は文系でここまでしか分かりません。なぜ色を黒く塗るだけで光をカットするのですか？雑草除去シート、あれ色は黒いけどアミですよ。なぜアミが光子を遮断して最も硬い（硬いということは分子間距離が短いと私は理解します。ゴールの前にみんなで立っていればシュートは入らない。バラバラにいれば容易にシュートは入る。ユニフォームの色が黒いか白いかは関係ねんだ。）誰か教えてくれ。

satoumasaru · Accepted Answer

ガラスはなぜ透明なのか、正確には量子力学の基礎的な知識が必要になってきますが、概略でよければいろいろ説明しているページがあります。

ガラスはなぜ透明なのか
http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2011/12/post-541a.html

なぜガラスは透明なのか？　普段は気づかない、目の前にある不思議
http://logmi.jp/75130

光が透過するのはなんで？
http://www.rui.jp/ruinet.html?i=200&c=400&m=255414

教えてGooでもこれまでいろいろ質問がだされていますね。

光はなぜガラスを通過するのですか？
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/9072641.html

光はなぜガラスを透過するのか？
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/1137169.html

こちらはYahoo知恵袋です。

光は何で、ガラスを通過できるのですか？
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1290296902

ガラスがどうして光を通すのかがわからねー？
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1435345959

uen_sap · Answer

これは素人には説明が難しい。
基本的なことですので、もっと勉強して下さい。

音は空気を媒体として進みますので、ガラスは空気ではありません・・・音の波はガラスを振動させます。
この振動がガラスの逆面でまた空気に触れますので、そこでまた音は伝わります。
ガラスは透明だから光を通します。

puyo3155 · Answer

まず、物質は、ミクロレベルで見るとスカスカです。厳密に言えば間違っているのですが、原子は、中性子と陽子からなる芯（核子）と、そのまわりを衛星のように回る電子からできている原子モデルを想像してくだしあ。よくある図だと、核子の大きさ１に対し、電子が２ぐらいの半径の起動をまわっている、まるで土星のようなイメージが焼き付けれられていますね。あれが、誤解のもとです。核子の大きさと、電子の起動の起動の大きさは、１０万倍のオーダーで違います。１０万倍というと、東京駅に１ｍのボールを置いたものを核子とすると、電子の起動は、熱海、甲府、高崎、宇都宮、水戸ぐらいの１００ｋｍの半径を通ります。つまり、関東地方の空間すべてがスカスカぐらい、物質はスカスカなのです。そのスカスカの物質が、形を保っているのは、核子と電子に働く電磁気力です。硬いとか、柔らかいとか、そういうもの全てが、物質の構造と、この電磁気力の度合いによるわけです。（物質による結合の種類、固体か液体か気体など状態によっても違うが）

そう考えると、実際は何でも通り抜けそうな気がしますね。実際、電磁力と何の反応もしないニュートリノは、太陽から降り注いでいて、１cm＾２　あたり、毎秒600~７００億個も降り注いでいると言われますが、ほとんどが素通りして、観測するのも一苦労ですね。

物質が、物質を遮断するのは、その電磁気力が反発するからです。

ところが、電磁波（光子）は、まさに電子と核子を結びつけている力の元ですから、そのスカスカの空間に行き渡っているわけです。結果、外部から来る電磁波の波長や強さに応じて、電磁波を、吸収したり、反射したり、透過したりするのが、想像できるかと思います。

isoworld · Answer

回答Ｎｏ．７の補足ですが…

> ダイヤモンドはスカスカなのかー、
はい。多くの物質からなるこの地球でさえも原子レベルで見るとスカスカで、そのスカスカの程度はスカスカがないようにギュッと押し潰せば直径が１．８ｃｍ程度にまでなるくらいです。つまり地球も完全に押し潰せばゴルフボールよりも小さな玉になるんです。それほどスカスカです。でも、これだけ濃縮すれば引力も強すぎて光さえも地球から脱出できなくなるブラックホールとなります。

isoworld · Answer

基礎から説明しないとたぶん完全には理解できないかも知れません。それに現代科学でもまだ分かっていないことがありますしね。光が波動の挙動をしたり、光は粒子の性質をも持っているとも言っているのは、そう言わないと説明がつかない場合があるからです。

私たちの目に見えるのをふつうは光（可視光）と言っています。ですが目に見えない光もあり、光は電磁波の一種です。電磁波にはラジオ、ＴＶ、携帯電話に使われる電波（電磁波というべきであるが）もあれば、アルファ線やガンマ線（Ｘ線の仲間）もあったり、赤外線も紫外線もあります。違いは波長だけで、同じなのはエネルギーを伝えるということだけす。

電磁波の中でも波長が長いものほど物質の中に入り貫通しやすくなります。
人体の中の様子を見ようとするとＸ線を当てたりしますよね。Ｘ線は人体程度であれば、それなりに貫通します。宇宙からは宇宙線が常に降り注いでいることはご存じだと思いますが、宇宙線の中でもガンマ線はＸ線の仲間であり、人体を貫通するのがあります。人体を貫通するときに不幸にも細胞内にあるＤＮＡに当たり、それを破壊すると（ＤＮＡは修復機能が高いので多くの場合はそれで異常にはなりませんが、まれに）ＤＮＡがおかしくなってその細胞が癌化することがあります。癌の原因のひとつとして宇宙線から降り注ぐガンマ線が上げられているんです。
最近のデジカメの撮像素子はＣＭＯＳやＣＣＤと言われる微細構造の半導体で出来ていますが、宇宙線から降り注ぐガンマ線が当たった部分は（置いておくだけで）少しずつ壊れて行きます。とくにジェット機に乗って高度１万ｍのところを飛ぶと宇宙線の影響が弱まっておらず、機内にカメラを持ち込んでいると撮像素子の損傷が多くなります。
また赤外線は可視光よりも波長が長いので、少しは人体の中まで入り込みます。赤外線を出す暖房器具では体の中からポカポカと温まる感じがするのは、そのためです。それよりも波長の長いマイクロ波（電子レンジによく使われている電磁波）は、誘電体と呼ばれる物質（金属のようには電気は通しにくく、絶縁物に近い物質）の中まで入り込みますので、そのエネルギーで食材などが内部から加熱できるんです（人間も誘電体です）。

「ガラスや水晶やダイヤモンドは物質の中でも最上級に硬い…その分子構造は強固で密」とありますが、人間の目で見るとそうですけれども、こうした物質の中は原子レベルで見ると完全にスカスカです。感覚的に言えば、野球のネットよりもはるかにスカスカなんです。
ガラス・水晶・ダイヤモンドは結晶がかなり規則正しく並んでいるので、そのような物質はたとえば野球の網を１千枚規則正しく重ねた構造だと思ってください。そうするとやはりスカスカです。でも木や土の壁は結晶が規則正しく並んでおらず混ぜこぜの状態になっているので、野球の網１千枚を無茶苦茶に重ねたみたいになってスカスカになりません。だから可視光は通りません。でも波長の長い電磁波は、携帯電話の電波が家の中にも届くように、少しくらいの木や土の壁は通り抜けます。

色を黒く塗ると、光はそこで吸収されます。黒く見えるのは、そこから（反射光も含めて）光が出ていないからです。光が吸収されると、透過しなくなります。色が黒いから光が透過しないのではなくて、光が透過しないから黒く見える（黒いと思う）と考えてください。

雑草除去シートについては知りません（見たこともなければ、その効果も知りません）。もし「色は黒いけどアミ」であれば、一部の光だけ遮られて一部はアミの隙間から通っているのでしょう。雑草除去シートの中に入れば、内部は暗黒の世界でしょうか？　でなければ、アミに当たった一部の光だけが遮られているのでしょうね。

tknakamuri · Answer

音はものの振動です。音は空気を振動させて伝わりますが、
ガラスに到着すると、空気の振動はガラスの振動に変わり伝わります。

光は電場の振動です。光は空気中の電場を振動させて伝わりますが、
ガラスに到着するとすると、空気中の電場はガラスの電場に変わり
伝わります。

いずれも空気がガラスを突き抜けてくるわけではありません。

それから光子が粒という話は忘れた方が良いでしょう。

光子という言葉は、場の量子論から導かれる比喩のようなもので
粒子という古典的な概念とはかけ離れたものです。

とりあえず波として理解して下さい。

yhr2 · Answer

ガラスは可視光線を通過させる。
可視光線は通過させるが、紫外線は通過させない「UVカットガラス」がある。
色のついたガラスも、透視できない曇りガラスもある。

人体は可視光線を通過させないが、X線は通過させる。可視光線もX線も、振動数（波長）が異なる同じ「電磁波」である。
ただし、人体の中でも「透過率」の高い臓器と低い臓器があり、レントゲン写真で臓器の診断ができる。また、X線を透過させない「バリウム」を飲んで、胃のX線撮影をする。

「透過させない」にしても、「反射させる」「吸収する」「散乱させる」「減衰させる」など、メカニズムはいろいろ。

ひとつの単純なモデルで全てを想像しようとするところに無理がありそうですよ。

fxq11011 · Answer

波動は媒体はありますが、波動そのものはいわば、情報です。
１本のレールに数個のパチンコ玉をくっつけて並べ、後方から１つを転がしてぶつけると、ほぼ瞬間に先頭の一つが飛び出します、ぶつかった玉がそのまま先頭までころがるより早く・・・・。
情報を吸収してしまうやわらかい玉ではこんな現象は起きません。
波動という情報を透過・伝える、吸収するかの違いです。
＞あれ色は黒いけどアミですよ。なぜアミが光子を遮断して
あくまでも一部遮断して全体の量を減らしているだけで、「なぜアミが光子を遮断して」、この理解は都合のよいように急ぎ過ぎです。

kuma-gorou · Answer

通信の電波も赤外線・紫外線・X線・可視光線。いずれも電磁波で違いは波長です。
電気が流れると、その周囲に磁力が発生。磁力が変化するとそこに電気が流れる。
そのようにして、電気の環と磁力の環が鎖のように繋がって伝搬するのが電磁波。

電気は電子の粒ですが、原子の電荷の移動であり、形ある粒と網目の関係のように考えると返って混乱します。

つまり、電磁波を通し易いか否かは波長が関係し、電磁波を通し難い物体は電磁波のエネルギーが熱に変換されるのです。その典型が電子レンジ。雑草除去シートも熱に変換され地面を温め作物の成長を促します。

音は、空気の粗密波で、電磁波ではないのでNO1氏の回答どおり。

check-svc · Answer

>光はなぜガラスを通過するのですか？
●主客転倒です。ガラスが光を通すのです。
物質によって光に対する性質が違います。青色は青い光しか反射しません。ガラスでも青いガラスなら青い光だけを通過させます。
水晶、ダイヤモンドについての質問も同じです（分子構造は関係ない）。

波といっても、電磁波（電波や光など）と音波は別物です。
音は空気などを媒介として振動によって伝達されますが、電磁波は媒介物は要りません（真空中でも伝わる）。
電磁波は周波数によって、電波、光、X線、γ線などに区分され、性質が異なります。
さらに電波もその周波数によって性質が異なります。

光の性格として粒子性と波動性の両方の性質があるので、粒子性の説明をするために光子（質量はゼロ）というものを定義しています。

光はなぜガラスを通過するのですか？

ガラスはなぜ透明なのか、正確には量子力学の基礎的な知識が必要になってきますが、概略でよければいろいろ説明しているページがあります。

これは素人には説明が難しい。

まず、物質は、ミクロレベルで見るとスカスカです。

回答Ｎｏ．７の補足ですが…

基礎から説明しないとたぶん完全には理解できないかも知れません。

音はものの振動です。

ガラスは可視光線を通過させる。

波動は媒体はありますが、波動そのものはいわば、情報です。

通信の電波も赤外線・紫外線・X線・可視光線。

>光はなぜガラスを通過するのですか？

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