なぜ、太陽等の光の粒子は直進するのか？

Question

疑問です。
宇宙の壁が、粒子を引っ張ってでもいるのでしょうか？
知ってる人、教えてください。

satoumasaru · Accepted Answer

はじめまして、
うん、なぜ光の粒子は直進するのか、ですよね。なかなか面白い質問ですね。
では、逆説的に考えてみましょう。なぜ光以外の粒子は曲がるのでしょうか。

たとえばボールを水平になげると、まがって地面に落ちてしまいます。もっともっと速い速度で投げると、水平に投げたはずが地球を一周して人工衛星になってしまいます。でも軌道で言えばあきらかに曲がっていますよね。ではなぜ曲がったのでしょうか。それは、重力のせいですよね。

では、次にもっと小さい粒子、電子線を考えてみましょう。電子線、電子の流れですが、それを制御してブラウン管にあてて、テレビとして利用しています。ではなぜ、電子は曲がったのでしょうか。それはブラウン管の細い部分に電磁石があり、それで電子線は曲がったのです。

ですから、基本的には粒子はいろいろな力をうけてまがってしまうのです。これをむずかしく言えば相互作用といいます。なにも力が働かなければそのまままっすぐ運動します。ニュートンの法則で慣性の法則ってありましたよね。＃４様のおっしゃるとおりです。

では、なぜ光は曲がらないのか、それははっきりしています。それは光の性質のためです。物質同士がどのように影響を与えるか、それは物理学用語で相互作用といいます。相互作用は４種類ありますが、原子以上の距離でもはたらくのは、重力と電磁力だけです。しかし光は静止質量がゼロです。そのため重力相互作用がほとんど影響しません。また電気を帯びていないため、電磁力の相互作用も影響しません。そのため光は直進するのです。

直進するのは光だけではありません。たとえばニュートリノも、質量がきわめて小さいことと電荷がないことから、宇宙の中では直進していると考えられています。

ただ、光といえども、たとえばブラックホールの周辺や宇宙規模の大きさになると曲がってしまいます。空間が曲がっていて、光はそれにそっているだけというのがアインシュタインの一般相対論です。＃６様のおっしゃるとおりです。もっともレンズにより光が屈折するのは媒質により光の速度が異なるためであり、空間が曲がっているせいではありません。

なにかご質問があれば、知っている範囲でお答えさせて頂きますよ。

joshua01 · Answer

こんにちは　
 質問者さんの意図や、お持ちの知識のレベルを理解できている自信がないのですが、質問者さんのご質問は、「粒子なら、動いたり止まったりいろいろな場合がありそうなのに、なぜ動くものしかないのか（止まっていられないのか）」と意図と認識しています。
これは大変に難しい問題ですが、おおむね、次のような理解ではいかがでしょう。

 まず、「光は粒子でもあり、波でもある」とよく言われますが、これを言い換えて、「光は波である。たまたま特殊な波なので、粒子のように振舞う現象が見られるが、あくまでも波である」と言い切ってみましょう。すると、池に石を投げたときの波と同じように考えられます。このとき、「止まっている波」はありません。

 そもそも、「波」は、「上に行き過ぎた水が下に落ちたら行き過ぎて、また戻ってきたら戻りすぎて・・・」と繰り返しながら広がっていく現象。誰も外側から引っ張っているわけでないのに、水の部分部分が互いに力を及ぼしあって広がっていく、「ある種類の動き」の名前です。

 光は、テレビ放送と同じ電磁波の仲間ですが、「電磁波」（電波）とは、電界（電気の力）と磁界（磁石の力）が相互に力を及ぼしあって広がってゆく現象です。
 そして、池の波の場合は池の中の液体の種類により速度が定まるのと同様、電磁波は伝搬する空間の種類により速度が定まります（空気中・真空中に比べてプラスチックの固まりの中では少し速度が遅くなる。ただし、物体そのものが振動しているわけではないので変化の度合いはほんのわずかです）が、いずれの場合も、通常、止めることはできません（止まっている状態は波がない状態。電波であれば消えてしまった状態。）

　しかし、一方で、池の液体をどろどろのものにして波の速度を下げ、あるいは池の水を凍らせるように光（光波）を止めるような研究もなされています。
 あえて例示をすれば、合わせ鏡で両側で反射させ、その間隔を狭めていけば、止まっているように見える・・・ということでしょうか。その場合に「止まった状態」は光と呼ぶかどうかむずかしいでしょうが

　こうなると、かえって、なぜ、「粒子」としての性質があるのかが疑問です。波であればいくら微小な波でもその半分の（さらに弱い）波が存在するはずですが、光には最小の単位があり、あたかも、1個2個と数えられる粒子のように振る舞い、「半分」が存在しない限度があります。
 この限界に粒子としての「光子」の名前がついており、これについては私も未だに納得のいく説明に出会っていません。でもまあ、光について私のような素人の考える大抵のことが波で説明がつくので、とりあえず自分をごまかしています。

　さてさて、長くなりましたがお役に立てたでしょうか。

lion-queen · Answer

光は、２点間を最短の経路で進みますが、必ずしも直進するとは限りませんよ。
　大きな質量のある星の側では、重力によって空間が歪んで(ゆがんで）いるため、その歪みに沿って光の経路も曲げられます。
　皆既日食時、太陽近傍に見える星の位置を観測すると、本来太陽によって覆い隠されているはずの星が太陽球の横に観測されることがあります。これは、遠方から来た星の光が、太陽の重力によって曲げられたことによって起こるものです。
　光が直進しているように観測されるのは、その経路上に大きな空間の歪みが無く概ね平坦であるか、観測者自身がその歪みの中に取り込まれていて観測できないかのどちらかです。

N64 · Answer

しろうとの考えですから、間違っているかも知れませんが、光が直進するのは、光には質量がないからかもしれません。普通の物質には質量があるので、力を受けなければ直進しますが、力を受けると曲がります。ひかりは、周りの物質の力の影響を受けずに直進します。しかし、もしも、空間がゆがんでいると、その空間にそって、もっとも近道を通ります。空間は、強い重力の影響を受けてゆがみます。

char2nd · Answer

「光」というのは、エネルギーを持つ「波」としての要素と、物質であるところの「粒子」としての要素を併せ持つ、特殊なモノとして知られてますね。つまり発生した段階で「運動」しているわけです（エネルギーを持っていますから）。
　すると、慣性の法則により、何らかの外力が加わらない限り、常に直進しますね。また、「波」である以上、停止はしません。

aburakuni · Answer

#1の方とのやり取りから思うのですが、この質問に関しての回答は以下の様になるのでないでしょうか。
曲がる理由は理解できるなら、理由が無ければ「曲がらない」事も理解できるのではないか。
もともと「何も無くとも曲がる」と仮定すると矛盾がでるので、矛盾が解決されるのは「曲がらない」という答え。

いずれにせよこの質問は、物理学と言うより論理（詭弁）学や哲学に近いものと感じます。

N64 · Answer

知っている人は、いないと思います。
このように、「なぜ」を追求することは、大切なことです。それによって、新しい学問が生まれ、進歩します。そのためには、物理や数学など、しなければならない勉強をして、研究を進めることが必要です。

blacklabel · Answer

力が加われば曲がり間するし、通る空間の性質によっても曲がります。

曲る性質を利用してメガネも役に立っているわけです。

なぜ、太陽等の光の粒子は直進するのか？

はじめまして、

こんにちは

光は、２点間を最短の経路で進みますが、必ずしも直進するとは限りませんよ。

しろうとの考えですから、間違っているかも知れませんが、光が直進するのは、光には質量がないからかもしれません。

「光」というのは、エネルギーを持つ「波」としての要素と、物質であるところの「粒子」としての要素を併せ持つ、特殊なモノとして知られてますね。

#1の方とのやり取りから思うのですが、この質問に関しての回答は以下の様になるのでないでしょうか。

この回答への補足

知っている人は、いないと思います。

力が加われば曲がり間するし、通る空間の性質によっても曲がります。

この回答への補足

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