波長と速度

Question

波長が短くなると、スピードがあがる。
そんなことはあり得ますか？
おかしな質問ですみません。

もしあり得るとしたら、どんな条件や状況が必要なのか、どなたか教えていただけないでしょうか？
物理はほとんど勉強しておらず数式などまったくわからないので、申し訳ないのですが、わかりやすく説明していただけると助かります。
よろしくお願いします。

yhr2 · Accepted Answer

No.2 です。「お礼」に書かれたことについて。

＞たとえば、A地点から何らかのエネルギーが出るとき、つまり伝播が始まる、ということですが、それが波動となって出発する、というふうに理解しているのですが…これがそもそも間違いでしょうか？

それは正しいと思います。
池の中に石を投げ入れれば、その石が水面のその位置に「エネルギー」を与えて振動（水分子の運動）が起き、その運動エネルギーが隣接する水分子に伝わることで周囲に伝播していきます。

＞そして、エネルギーの流れのスピードは（それが波動によるものだとして）、波長の長短で変わってくるというふうに物理の基本の本などを読んで知り、

上に書いたように「エネルギー」自身は「その場で振動する水分子の運動エネルギー」であって、エネルギーが「波の形」で伝搬していくわけではありません。
#2 に書いたように「波の位相」つまり「見てくれ、外観」だけが「波の形」として伝搬していくだけです。

おそらく、質問者さんが読んだのは、波の中でもやや特殊な「光、電磁波」なのではないでしょうか。光、電磁波は「振動媒体が存在しない」波です。光・電磁波は真空中でも伝搬するので、光・電磁波を伝搬させる「エーテル」という仮想の物質が全宇宙を満たしていると考えて、地球はエーテルに対してどのような運動をしているのかを実験で測定する試みが行われました。有名な「マイケルソン・モーリーの実験」です。
↓
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%B1%E3%83%AB%E3%82%BD%E3%83%B3%E3%83%BB%E3%83%A2%E3%83%BC%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%81%AE%E5%AE%9F%E9%A8%93

これにより「エーテル」の存在は否定され、「光速度一定」を原理としたアインシュタインの相対性理論が提唱されました。

その「光・電磁波」は「エネルギーそのもの」です。その「エネルギーの大きさ」は「振動数」に比例します。
質問者さんは、おそらく「振動数が大きい（波長が短い）＝ 光のエネルギーが大きい ＝ 運動エネルギーが大きい = 速度が大きい」と解釈されたのではないかと思います。
光は物質の振動ではないので、エネルギーが大きくとも速度が大きいということではないのです。
「波」といっても、「光、電磁波」はちょっと特殊と考えて取り扱う必要があります。

この辺のところは、こんな少量の文章では納得いただけないと思いますので、相対性理論の一般者向けの入門書やサイトを見てみることをお勧めします。
たとえば
↓
https://eman-physics.net/relativity/contents.html

＞べつの本（物理学の本ではありません）でその逆のことを書いてある文章に行き当たったので、もしかして、私が知らないだけで、波長の長さと進む速度には逆の関係（波長が短いと進む速度が大きい）もあるのだろうか、あるとしたら、どのような場合なんだろう？　と疑問に思った次第です。

その本にどのようなことが書かれていたのか分かりませんが、一般の波であれば（これは光、電磁波も共通、ただし「波の速さ」は一定）
　(波長) × (振動数) = (波の速さ)
なので、何を一定にするかによって、他のものが「比例」関係になったり「反比例」の関係になったりします。
たとえば、
・「速度が一定」の場合には、波長と振動数とは反比例する（波長が2倍になると振動数は 1/2 になる）

この辺のところを、「ごちゃごちゃ」にして誤解されているのではありませんか？
しかも「物理の本ではない」とすると、その内容は「ポエム」かもしれません。

以上、ごちゃごちゃ書きましたが、「光、電磁波」の記述と、一般の空気の振動（音）や水の振動である波とを混同していることに起因しているのではないでしょうか。

yhr2 · Answer

No.5 です。「お礼」に書かれたことについて。

＞エネルギー速度とは何のことかがわからず困っています。英文でenergy speedとあり、エネルギー速度だと辞書にはあったのですが、肝心のエネルギー速度が何なのかが不明です。いろいろ調べてもそれらしきものが見つかりません。

そんな言葉がどこに出てくるのですか？
残念ながら、私は聞いたことがありません。

「運動エネルギー」のことを「速度エネルギー」ということはあるかもしれませんが、物理の本ではないと思います。

ちなみに
・速度：velocity（ベクトル、つまり「速さ」と「方向」を持つ量）
・速さ：speed（スカラー、つまり「速さ」のみで「方向」はない）
という使い分けがあります。

tknakamuri · Answer

>すごいですね。世の中には色んな技術があるんです

いえ、光(電磁波)は本質的に周波数が上がると(波長が短くなると)
スピードが大きくなり、真空の光速に近ずいて行きます。

ただ、可視光付近では紫外域に分極の共鳴を持つ物質が多いため
逆特性になる物質が多いのです。

「物質中の電磁波は波長が短いほど速い」が基本です。

abikon990-08321-3-29 · Answer

媒質(と波の種類)が同じなら波長で波速が変わることはありませんが、例えば媒質の密度が低→高の場合、波長が短く波速が速くなります。

『素粒子と宇宙の疑問 知りたい肝心のところをとことん具体的に解説 ーこの世界は何からできているのか 宇宙はどのように始まり終わるのかー』 https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1

tknakamuri · Answer

波長が短いほど光速が大きくなるガラスがあります。
色収差の補正とかに使われてます。

yhr2 · Answer

No.1 です。ちょっと補足。

海や池などの水面の「波」は、「その位置でゆらゆら揺れている」だけで、水が流れて進んでいくわけではありません。
その「ゆらゆらのしかた」が伝播して「波が進んでいる」ように見えるのです。
その「ゆらゆらのしかたが進む」速さを「位相速度」と呼びます。

水自身は、その場で「上に行ったりしたに行ったり」して揺れているだけです。水に浮かべた「船」や「葉っぱ」を想像すればわかりますよね。
この水の「上下の動き」の速さを #1 では「振動のスピード」と書きました。

yhr2 · Answer

＞スピードがあがる。

「何の」スピードですか？
「波の位相」のスピード（一般にこれが「波の進む速さ」）は波長や振動数によらず決まります。
音速が「約 340 m/s」など。高い音（波長が短く振動数が大きい）も低い音（波長が長く振動数が小さい）も同じ音速です。

「振動の媒体」（音なら「空気分子」、弦なら「弦を構成する分子」）の「振動のスピード」は、振動数が大きいほど速くなります。
「波の速さ」が同じなら、「振動数が大きい」ほど「波長が短い」ことになります。

波長と速度

No.2 です。

No.5 です。

>すごいですね。

媒質(と波の種類)が同じなら波長で波速が変わることはありませんが、例えば媒質の密度が低→高の場合、波長が短く波速が速くなります。

波長が短いほど光速が大きくなるガラスがあります。

No.1 です。

＞スピードがあがる。

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