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光の速度は一定だと習いました。
ところで電波と呼ばれているものも光の一種でしょうか?
X線とか、ニュートリノも同じ速度でしょうか?
光の定義を教えてください。

また光といっても七色あり、波長が違います。
それぞれの波長の光でも速度が一定というのも納得しにくいところです。
また光ファイバーでは、硝子の中を光が通過するわけですが、ここでも速度は一定なのでしょうか?

光の速度をコントロールすることはできませんか?
速くするのは無理としても遅くするのは可能ではありませんか?

A 回答 (5件)

たくさん質問が並んでいてたくさんの人からいろいろな回答が出てきますのでご自分で整理しながら聞いてくださいね。

時にはウソも混じってますので気をつけろ!

「光の定義」というのは少なくとも物理学の範囲ではひとつに決まらないはずです。出てくる場所によりますね。ですので、#3の回答にあるように、「可視光」「電磁波」などと言い換えて定義することになります。物理学を超えて、「希望の光」とか使うこともありますからね。

質問に出てきた中で、「ニュートリノ」だけは明らかに他とは異なり、「電磁波」の仲間ではありません。「電磁波」は量子力学的には波であると同時に質量の無い「光子」が飛んでいると考えてよいのですが、ニュートリノはどうやら質量があるようです。
ので、真空中では光と同じ速度で飛ぶことはできなです。(が、質量があるといっても非常に軽いので実際には光とほとんど同じ速度で飛行します。)

>それぞれの波長の光でも速度が一定というのも納得しにくいところです。

ですね。そこをまず、「一定とする」して受け入れたところからアインシュタインは(特殊)相対性理論を打ち立てたのです。納得できないのであればとことん調べてみましょう。

#2さんのおっしゃるように、真空中ではなくガラスなどの媒質中では波長によって速度は異なります。そのため、プリズムでは白色光をなないろに分けることができるのです。

>また光ファイバーでは、硝子の中を光が通過するわけですが、ここでも速度は一定なのでしょうか?

一様な媒質中を通るので通常は一定ですね。ただし、光ファイバーの中では光はまっすぐに走るわけではなく、壁に何度も反射してコルク抜きの様にぐるぐる回りながら進む場合もあります。そのときはファイバーの長さよりもかなり長い距離を進むことになるので到達時間は長くかかることになります。何10kmもある長ーいファイバを使った通信ではこのようなことが起こると高速通信ができなくなるので「シングルモード」というできるかぎりまっすぐ光が進むようにしたファイバを使うようにしているようです。ある意味、光の速度をコントロールして使っている、ともいえるでしょう。(本当は光の経路をコントロールしているんですけどね。)
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真空中でなければ光の速度を超えることは可能です。

その例がニュートリノや中性子線です。水のような透明の物質の中を荷電粒子が通過する時、荷電粒子の速度が光速度より早く進行すると(荷電粒子は物質の中に入っても速度は変わらないので)、その速度が充分に早ければ簡単に光速を越えてしまいます。
、通過する粒子がつくる電磁場の作用によって電磁波(青い光)が放出されます。これをチェレンコフ光といいます。参考までに。
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>光の定義を教えてください。



光は狭い意味では可視光です。広い意味では電磁波すべてを含みます。電磁波というのは電場と磁場の変動が波となって空間を伝わっていく現象です。波ですから当然、波長があり、波長が長い方から電波、赤外線、可視光、紫外線、X線、ガンマ線となります。(正確にはX線とガンマ線の区別は波長ではありませんが)。

>ところで電波と呼ばれているものも光の一種でしょうか?

光を広い意味で言った場合には当然光の一種です。また、全て電磁波ですからX線であろうとガンマ線であろうと電波であろうと速度は同じです。

>ニュートリノも同じ速度でしょうか?

ニュートリノは質量をもっていると予想されています。ですのでニュートリノの速度は光速度に近いスピードですが、光よりも遅いです。質量をもっている物質は光速度になることはできません。これは特殊相対論により厳密に証明されています。

>それぞれの波長の光でも速度が一定というのも納得しにくいところです。

たしかにどんな波長であっても速度が一定というのは納得しにくいかもしれませんが、そんな七色というレベルではなく、電波からガンマ線にいたるまで光速度は一定です。これはマクスウェルの方程式により厳密に証明されています。また、様々な観測によっても厳密に証明されています。

>光ファイバーでは、硝子の中を光が通過するわけですが、
>ここでも速度は一定なのでしょうか?

速度は一定ですよ。そうでなければ光通信など危なくってできません。ただし真空中の光速度に比較して媒質中を通過するときは光は遅くなります。

>光の速度をコントロールすることはできませんか?

真空中の光速度をコントロールすることはできません。エネルギーをなんらかの方法で低くさせれば可能なように思いますよね。でもそうすれば波長が長くなるだけなんですよ。いわゆる赤方変位です。
光量子を回路の中に一時とめておく発明がされたとのことですが、これは量子論的な効果であって通常でいう光の速さとはまったく異なります。
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電磁波(電波、赤外光、可視光、X線など)の速度が一定というのは、あくまでも真空中での話です。


媒質中を伝わる場合には、速度は真空中よりも低下しますし、低下の度合いは媒質(と電磁波の波長)によって異なります。

異なる媒質間で、伝播速度が異なるので、媒質の界面で屈折が起きるのですし、媒質内の伝播速度が波長で変化するので屈折率が波長によって変わります。
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光と電波は違います。

 光とX線は同じ速度です 光情報を抑制することは可能ですが速度じたいは遅くできません
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