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同じ方向に進む、同じ波長の2つの光の平面波が
位相が180度ずれて干渉した場合、
それぞれの波は打ち消しあって消えてしまうと思うのですが、
この時光のエネルギーはどこに行くのでしょうか?
完全に消えてしまうとエネルギー保存則に反してしまうと思うのですが…?

(具体的な例としては、例えばレーザー光をビームスプリッターで
50%、50%に分け、再び同じ光路に半波長分ずらして戻した時
(そんなことが出来る光学機器があるかどうかはわかりませんが)
などを考えてください。)

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A 回答 (13件中1~10件)

こんにちは。

再び出てきました。
ご指摘をいただきましたね。かなりの知識をお持ちのようなので、次のような説明ではいかがでしょう。

ポイントとしては、「完全な系で同一方向に完全な逆相を合成しようとする場合、そもそも波動を発生させられない!」

アンテナの世界を例に取ってみます。
1方向に完全な平面波を出すアンテナを一つ置いて(A)送信機をつなぎ、そこから1/2波長離れた位置に同方向に完全な平面波を出すアンテナをもうひとつ置いて(B)もう一つの送信機をつないだ場合がこれに相当しますね。

このとき、Bの出した電波はAに完全に受信されて送信機に逆相の電圧をもたらします。その結果、送信機(給電点)から見てアンテナは「インピーダンスが0」(短絡)と呼ばれる状態になり、動作しません。(印加したエネルギーは回路のロスになる。現実的にも給電点の短絡や解放は増幅回路のトランジスタの焼損が起きたりします。まあ、ブレーキのかかった自動車を思い切り押して、何のエネルギーもあたえられず疲れた状態でしょうか)

もっとも、このモデルは実現できません。
Aが完全に1方向にのみ電波を発射する場合、反射板付きアンテナ(現実にはパラボラなど)に相当しますが、これでは背面方向に当たるBからの波は全く吸収せず、他方で、Aの反射板はBにとっても反射板であり、Bからの波も完全に反射されて逆方向に放射され、「同一方向に向けての2つの波の発射」自体が存在しないことになります。何とか実現しようと、同一のアンテナに基本位相と逆位相の両方の電磁波を印加すると、これはまさに、「短絡」になりますね。

 まあ、先の十円玉モデルで言えば、一番端の十円玉を左側と右側両方から同時に指ではじいた状況でしょうか。この場合、この十円玉は他の十円玉に全く影響を与えず(空間にエネルギーが供給されない)、指が痛んだり(印加エネルギーが回路で浪費される)、理想反射して指に全く手応えがない(エネルギーが印加されない)状況になりますね。
 同じことは、板を使って水面に平面波(直線波)を作り出す場合でも理解できるでしょう

・・・ということで、2つ以上の波動が「打ち消し合う」というとき、「特定の位置」や「方向」で打ち消し合うものであって、「完全に消える」ということはありません。
先の回答にも書きましたが、「消えた」ように見える場合でも波が打ち消し合っているだけならば必ず何かの「ポテンシャル」は残っており、「水面の高さが全く変わらない」場合でも周辺の高さの変動によって水粒子の微少な運動は維持されており、十円玉問題でも、質問者さんのご指摘のとおり十円玉の変形等による微少運動が残り、電波において電界ゼロでも磁界変動は残っていて、波の伝達には関与しています。
周囲の広い範囲で運動や変動が無く、ポテンシャルもない場合は「波がもともと供給されていない」状態であり、「供給できない」仕組みだと言えるかもしれません。

さてさて、いかがでしょうか。
説明理論にいささか欠けももありそうですが、多少なりともお役に立てば幸いです。

この回答への補足

たびたび、大変ご丁寧な説明ありがとうございます。
他の回答者様からの説明にもありましたが、
そもそも同一方向に進む位相がずれた平面波のみを
作るということ自体が不可能で、
また出来たとしても、一方が他方の発振機のエネルギーを
吸収してしまうということがカギみたいですね。

私の頭が稚拙なため、まだ完全に理解できていない部分があるかもしれませんが、
ようやくわかりかけてきたように思います。
本当にありがとうございました。

補足日時:2007/08/29 00:00
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>エーテルというのは空間のことで良いか



媒体エーテルは一種の物質で、空間に存在しえるもの。


>光の媒質という意味のエーテルは存在が否定された記憶があるが

宇宙を満たすようにあると考えるエーテルは、否定された。
個々の光ついて、光源に対し静止して、エーテルはある。


>たがいに進むのに影響せず、それぞれの電界磁界が足されて
振幅が0になるというのは理解出来てここまでは良いのですが、
>そうなると問題は前の回答で述べたとおり、
光のエネルギーが振幅の二乗に比例するとした場合、
空間全体で時間積分を取っても、
振幅が0なら空間全体のエネルギーもゼロとなってしまって、
観測されるエネルギーが正から干渉後が0になるということが
おかしい

光Aと反位相の光Bの電界磁界が足されて振幅が0に観測され、
「空間全体のエネルギー」もゼロとみられるが、
それは我々から見える(観測される)だけで、

光Aだけの電界磁界と光Bだけの電界磁界は、我々から観測できないが、
本当はあり、「空間全体のエネルギー」もある。
我々から隠れてある。
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思考実験としての平面波の干渉を考えるならば、No.8さんの回答が適切です。



逆位相の平面波が左右から進行してきて打ち消し合う場合、エネルギー流は引き続き存在し、波源があると仮定すれば、その波源にそれぞれのエネルギー流は吸収されます。その結果、定常状態としては2つの波源の間の空間にはエネルギー流が存在しなくなり、波も現象としては観測されません。これを、何もなくなった状態と考えるか、左右のエネルギー流が完全に打ち消し合っているだけで実際にエネルギー流は存在すると考えるかは解釈の問題になります。それぞれの波源では発生するエネルギー流と吸収するエネルギー流が相殺して見かけ上は何も起こっていない状態になります。(このような状況をゴースト解と考える立場もあります。)

なお、「光のエネルギー」という場合には注意が必要です。光が波(電磁波)あるいは粒子(光子)として進んでいる場合には、それによって運ばれているエネルギーの流れ(厳密にはパワーの流れ)を考えていることになり、エネルギーそのものとは少し異なります。「光のエネルギー」とは光が光でなくなったとき(止まったとき?)他の物に作用する能力を表すものであり、方向を持った流れ(ベクトル)とは通常考えません。
光のエネルギーの流れを考えているから上記の様に「左右の流れが相殺する状況」が想定できるのです。

以上は勿論厳密な解析ではありません。光(電磁波)がエネルギーを運ぶのを担っているのは電界と磁界ですから、人間の目に見える形での光の干渉(干渉縞)と電磁界エネルギーの関係を調べることはとても興味深いテーマかと思います。たとえば、「人間の眼が光の強さを感じのは電界なのか磁界なのか?」「干渉で打ち消し合った波の無い空間に光エネルギーの流れが実際あるとすれば、そのエネルギーを運んでいるのは電界か磁界か?」など...これらの疑問にはそれなりの結論が出ているようです.....
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 No.7です。

ディラックが言わんとしているのは、次のことです。
 「光子はみな自分自身とだけ干渉し」とは、簡単に言えば、1つの光源から出た光が2つに別れ、それらが重ね合わさった場合だけ干渉が起きるということであり、「2個の異なる光子の間の干渉は決して起こらない」とは、2つの光源から出た光を重ね合わせても、干渉は起きない、ということです。1つの光源から出た光を2つに分け、重ね合わせると、干渉により波が消える部分と、波が強めあう部分が必ずできて、波全部が消滅することは決してない、したがって、エネルギーが消えてしまうこともない、ということです。

この回答への補足

大変わかりやすく説明していただきありがとうございます。
おかげさまでディラックの言いたいことが理解できました。
やはり、打ち消しあう波だけを発生させるということ自体が
不可能ということなんですね。
他の方々の説明も合わせまして、
大分理解が深まったように思います。
本当にありがとうございました。

補足日時:2007/08/29 00:03
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光はそれぞれのエーテルの中を独立に進み、



互いに進むことについては影響しない。


打ち消し合うのは、電界磁界が足されて観測されるの意味。

この回答への補足

エーテルというのは空間のことで良いんですよね。
光の媒質という意味のエーテルは存在が否定された記憶があるのですが、
間違っていたらすみません。

たがいに進むのに影響せず、それぞれの電界磁界が足されて
振幅が0になるというのは理解出来てここまでは良いのですが、
そうなると問題は前の回答で述べたとおり、
光のエネルギーが振幅の二乗に比例するとした場合、
空間全体で時間積分を取っても、
振幅が0なら空間全体のエネルギーもゼロとなってしまって、
観測されるエネルギーが正から干渉後が0になるということが
おかしい気がするのですがいかがでしょう?

補足日時:2007/08/28 23:48
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平面波を重ね合わせる場合


たとえば、平面波Aの中に同じ方向で逆位相の平面波の波源B(というのもイメージしにくいのですが)をおいた場合。
波源Bの出力は負になり、平面波Aを吸収するという形になります。
(平面波だとイメージしにくいので、単一の電線上を正弦波の電圧電流が伝わっていくモデルで考えると、波源(交流電源)Bの出力は電圧と電流が逆位相になり、出力が負(伝送線路からエネルギーを取り込む)ことになります)

この回答への補足

この電源を用いた説明を光に置き換えると、
打ち消すような波を発生させる光源Bは
必ずAの波を吸収し、
そのエネルギーは光源Bの中で熱エネルギーに変わるということなんでしょうか。

となると前の回答でもあったとおり、
平面波どうしだけでなくハーフミラーや光源を
考える必要があるということですね。

補足日時:2007/08/28 23:45
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 ディラックの量子力学という本には、次のような記述があります(多少意訳して書きます)。


「たくさんの光子からなる光線が、同じ強さを持つ2つの成分に分かれたとする。光線の強さが、光子の数に関係して決まると仮定するならば、この2つの成分を干渉させたときに、2個の光子は互いに打ち消しあう場合もあり、また2個の光子から4個の光子が作り出される場合もなければならないことになる。これはエネルギー保存と矛盾することになろう。新しい理論(量子力学のこと)によれば、1個の光子を2成分のどちらにも入れて考えるべきである。こうすれば、光子はみな自分自身とだけ干渉し、2個の異なる光子の間の干渉は決して起こらないのである。」

この回答への補足

ディラックの行列力学を全く理解できなかった
私には彼の理論は難しい部分があるのですが、
量子光学まで話を広げる必要はあるのでしょうか?
平面波の干渉の問題は古典電磁気学だけで十分に記述できそうな気がするのですが、

このディラックの記述の場合自分自身と干渉するということと
エネルギー収支の関係はどうなるのか
私の頭ではよく理解できません。
どうやらまだまだ勉強が必要みたいです。申し訳ありません。

補足日時:2007/08/28 00:32
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こんにちは。


質問者さんの知識レベルがわからないのですが、次のような説明ではいかがでしょう。

ポイントは、「打ち消されても波として見えなくなるだけ。エネルギーは消滅せず、すこしずれた場所・方向ではかえって強くなる」

 私も同じことを悩んだことがあります。特に、光と同じ仲間である電波では、「アンテナ」がこの「打ち消し」や「強め合い」を使って電波の発射方向などを制御していますがこの原理がなかなか複雑。

このような波の特性については、「波動関数」という数学を理解しなければならず、私もきちんと理解できていないのですが、だいたいのイメージとして、概ね次のような理解をしていただきましょう。

・ 十円玉を 5cm間隔で直線上にずらりと並べる。一番端の十円玉を指ではじくと、次の十円玉に当たり、ぶつかった十円玉は止まってぶつけられれた十円玉は次の十円玉にぶつかる(完全弾性衝突で、十円玉の微細な振動がエネルギーを伝え、1個分の運動量が常に次に伝わる)。損失がなければこの連鎖が次々に進み、1波が進行する。
・ 十円玉を列の逆側からも同時にはじく。ちょうど中間で、一つの十円玉に両側から2個の十円玉が同時に衝突する。中央の1個は全く動かないが、両側から衝突した2つの十円玉ははじき戻され、その動きがまた連鎖してゆく。
(見かけ上、中央の十円玉は動かず、波は打ち消された状態です。しかし、十円玉の微少変形によりエネルギーは両側に伝達され、全体としては“波同士がぶつかって反射した”ようにも見え、あるいは、“波がすれ違ってそれぞれ何事もなかったかのように進行している”ようにも見えます)
・ このとき、動かない十円玉上では、見かけ上、波のエネルギー(運動エネルギー)を失ったように見えるが、実際には金属の圧縮振動のエネルギーとして2個分が内包されている。池の波も特定のポイントで打ち消し合うとき、確かに上下運動は止まっているが左右に引かれる力が働いていたり、電磁波も、「電界」は打ち消し合っても「磁界」が強め合っている等、エネルギーは維持されている。

 ということで、損失のない系では、エネルギーを失わせる意味での「波の打ち消し」は起こりません。

実際の問題でも
○ 騒音を消すために、到着した騒音を検出して逆位相の音波をスピーカから出すという装置があり、うまく作ると、見かけ上の騒音の低減になる・・・が、特定の方向からずれた位置ではかえって大きな騒音になる。
(最近のヘリコプターでは、客席の騒音を減らすため、プロペラ音を逆位相にしてスピーカを使って室内に流すものがあり、一部の音楽用ヘッドホンでは、外の騒音をマイクで拾って逆位相にして耳に届けて騒音を低減しているが、いずれも外向きには大きな雑音になっている。ただし、外側なら内側に比べて気にならず、少々の防音構造でかなり吸収できる。)
○ 電波で希望の信号とずれた方向から混信になる信号がアンテナに入ってきてしまう場合、わざと、混信源方向に向けたアンテナを増設し、強く受かった混信波を逆位相化して合成したり、同一方向を向いた2つのアンテナの信号を合成する際にアンテナの設置位置を工夫して、「希望信号は強め合い、混信信号は打ち消し合う」ように工夫する。これを「スタック」と言い、この場合、打ち消し合った信号のエネルギーは再び空間に戻ったりするが、あえて電線内で浪費されたりするように工夫したりする。
という工夫がされています。

さてさて、いかがでしょうか
お役に立てば幸いです。

この回答への補足

詳しい説明ありがとうございます。
挙げていただいた例は完全な平面波を仮定していないため、
どこかで位相や波数ベクトルのずれが出るため、
有限の振幅を持ってしまうということになり、
そちらで正のエネルギーがもたらされるということだと思います。
(十円玉の例でも池の例でもごく一点では振幅はゼロでも
系全体ではどこかで有限の振幅がもたらされており、完全に打ち消しあっていないですよね。)

ですが質問の問題では完全な平面波を仮定しているため、
どんなにはなれた所でも、どれだけ時間を経過させても
有限の振幅は観測されないため、
真空と同一とみなせ、やはりエネルギーはゼロになると思うのですが、どうなんでしょう…?

補足日時:2007/08/27 21:56
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> 50%、50%に分け、再び同じ光路に半波長分ずらして戻した時



この質問、過去に何度も何度も何度も何度も・・・出てますね。
(例えば、http://okwave.jp/qa1731197.html

良~く考えてみましょう。

(1) レーザ光をハーフミラー#1に入射させる。
(2) 透過した光束A(振幅70%、強度50%)と反射した光束B(振幅70%、強度50%)に分割
  される。
(3) 光束Aの方が光束Bよりもλ/2だけ伝搬する距離が長くなるよう引き回す。
(4) 光束Aと光束Bをハーフミラー#2に入射させる。(両光束を平面鏡で折り返して
  元のハーフミラーに再入射させても可。これ即ちマイケルソン干渉計。)
(5) 光束Aは反射した光束A1(振幅元々の50%)と透過した光束A2(振幅元々の50%)に
  分割される。
(6) 光束Bは透過した光束B1(振幅元々の50%)と反射した光束B2(振幅元々の50%)に
  分割される。
(7) 光束A1と光束B1は同じ方向に進み2者間の光路差がλ/2なので互いに打ち消し
  合い、強度=0になる。
(8) 光束A2と光束B2は同じ方向に進み(マイケルソン干渉計では光源側へ戻る方向)
  2者間の光路差が0(またはλ)なので互いに強め合い、強度は4倍(元々の100%)に
  なる。

(7)と(8)を合わせてエネルギー保存則は見事に成り立っています。(8)のような光束
を生じさせずに(7)の関係にある2光束だけを作る、ってことがそもそも不可能なのです。

この回答への補足

詳しい説明ありがとうございます。
ハーフミラーを使う限りは不可能で、
また質問のような波を実際に発生させる
機器を製作することが不可能であるいうことは理解できました。

ただ質問の前半部分(空間に位相の180度ずれた平面波が出会った場合どうなるか)というのは思考実験としては可能だと思います。
この時に回答としてそんな波を作るのは無理だから考える必要がないというのは、
あまり物理の問題の解答としてはエレガントでない気がするのですが、
そんなものなんでしょうか?

補足日時:2007/08/27 22:00
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 実際には、消すのは難しいでしょうが、逆位相にして消せたとすれば、光が消えるためにエネルギーを消費したということです。

この回答への補足

消費したというのは最終的に
エネルギーがどのような形に変換されることを言うんでしょうか?

補足日時:2007/08/27 12:51
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Aベストアンサー

もう一つ実用化されている例を思い出しましたので上げておきましょう。
それは誘電体多層膜鏡というレーザー光などの強い光に使われる特殊な鏡です。
通常見かける鏡は金属のアルミによる反射を利用した物ですが、これは吸収があるので強い光には使えません。(穴が開きます)

そこでどうするかというと、光に透明で屈折率の違う物質を決まった間隔で積層します。
屈折率の違う物同士の界面では光が少し反射しますので、この反射光同士が強め合い、かつ透過する光同士が弱め合う条件の膜厚にして積層すると、透明な物質なのに、光が透過することなく全部反射するという状態を作れます。

これも鏡から先の光を消したことになります。原理は干渉により打ち消し合う仕組みで「アクティブ」ではないけど基本は同じです。

ちなみに、光も音も場、エネルギーに過ぎません。
またこれは消えて無くなるのではなく、他の形のエネルギーになるか、上記のように反射して他の場所に行くか、光源側に戻るかするしかありません。
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復路でのハーフミラー通過時のことを考慮されていないのではないかと思います.

1) 光源から光が出る.(エネルギー1,振幅1)
2) ハーフミラーで光1と光2に分離.(エネルギー1/2,振幅1/√2)
3) 光1,2 ともロスのない鏡で反射.(エネルギー1/2,振幅1/√2)
4) 光1(光2)がハーフミラーで分離される.
片方は検出器へ,残りは光源のほうへ.(エネルギー1/4,振幅1/2)

あとは,光路差が λ/2 の場合
 検出器側:振幅1/2の光どおしが弱めあって振幅,エネルギーともに0
 光源側:振幅1/2の光通しが強め合って振幅1,エネルギー1

光路差が λ の場合
 検出器側:振幅1/2の光通しが強め合って振幅1,エネルギー1
 光源側:振幅1/2の光どおしが弱めあって振幅,エネルギーともに0

どちらもトータルのエネルギーは1でもとのままです.


> 上記のような理想的光源や干渉系を仮定していないので、
> 干渉で光が強まるところがあれば弱まるところもあり、
> オーバーオールでエネルギー保存則に矛盾はないという状況です。これは別段疑問に感じませんが。
この場合も今も基本的には話は変わらないはずです.

復路でのハーフミラー通過時のことを考慮されていないのではないかと思います.

1) 光源から光が出る.(エネルギー1,振幅1)
2) ハーフミラーで光1と光2に分離.(エネルギー1/2,振幅1/√2)
3) 光1,2 ともロスのない鏡で反射.(エネルギー1/2,振幅1/√2)
4) 光1(光2)がハーフミラーで分離される.
片方は検出器へ,残りは光源のほうへ.(エネルギー1/4,振幅1/2)

あとは,光路差が λ/2 の場合
 検出器側:振幅1/2の光どおしが弱めあって振幅,エネルギーともに0
 光源側:振幅1/2の光通しが強め合って振...続きを読む

Qマイケルソン干渉計について(高校物理)

マイケルソン干渉計の片方の鏡を遠ざけると
干渉縞が感覚を保ったまま平行移動し、
片方の鏡を傾けると隣り合う暗線の感覚が短くなると参考書に書いてありました。

しかし、これだけで説明がなかったのですが
どういう原理でこれが起こるのでしょうか?

前者は経路差が全体として長くなるはずですがそのあとがわかりません。
後者についてはさっぱりです。

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

結構時間が経ってしまったので解決しているかも知れませんが書いてみました。

高校の物理でどの程度教えられているのか判らないので、こんなの知っているよと言われるかも知れませんが、できる限り噛み砕いて書いてみます。

光の干渉は、光の持つ波の性質により生じます。
水面に石を落とすと発生する波紋をイメージすると良いです。
ある一方向について見ると、波は進行方向にうねうねと上下動を繰り返しながらSin波[正弦波]( cos波[余弦波]でも同じ)で進みます。
波の進行上のある一点に注目すると波はどんどん動いているので時間によって波の高さが変わることが判るでしょう。

干渉とは、この観測点における2つ以上の波の合成のことで、干渉縞はある観測面において、光の濃淡が光の干渉により縞のように生じる現象を指します。

では、観測点において2つの波が重なる場合どういう状態なるかというと、

1.2つの波のそれぞれの山の高さが逆方向に同じ大きさの場合、打ち消し合って光を生じない(黒くなる)。
2.1以外の状態の場合、2つの波のそれぞれの山の高さの合成に応じた光量で明滅を繰り返す。
  光量は波の振幅の2乗に比例します
  実は、黒い部分は必ず黒ですが、明るい部分はもの凄い速さで明滅を繰り返しています。
  これは、結構教えて貰えないですが重要なことです。

さて、これを踏まえて問題について考えてみます。

マイケルソン干渉計にて干渉縞を生じている状態というのは、

1.1つの平面波をハーフミラー(以降HM)などで2つに分ける。
2,2つに分けた光をそれぞれ平面鏡により光を折り返す。
  便宜上、片方の平面鏡を参照鏡(以降RM)、もう片方を被検鏡(以降SM)とする。
3.1のHMにより2つの光をそれぞれ2つに分ける。
4.HMにより光の発生源とは異なる方向に進んだ2つの光の進行上に観測面を設定する。
5.観測面において2つの光が合成される。
6.2つの波は同じ光であるので、傾きを生じていなければ、全面明るいか黒いかのいずれかの状態にある。
7.SMを僅かに傾ける。
8.観測面では、RMからの光(以降Ref光)に対し、SMからの光(以降Spl光)が傾いた状態で合成される。
9.観測面において、2つの光の波の山の位置が1/2周期(=1/2波長)ずれている時、光は打ち消し合い黒くなる。
  2つの光は全く同じものなので、光の進む速度、周期、振幅は同じなため、1/2周期ずれている場所は、
  時間が経過しても常に同じ位置に存在する。
  それ以外の合成箇所では明るい明滅を繰り返している。
10.観測面において、白黒の干渉縞が観測される。


次の様な図を書いてみてください。

1.1本の水平線を引きます。
2.1の線に対し少し傾けた線を任意の間隔で数本、平行に実線と破線を交互に引きます。

・水平線は観測面におけるRef光です。
・傾けた線は、Spl光で平行線の実線同士(破線同士)の間隔は1周期を意味します。
・水平線と傾けた実線の波は同じ方向の同じ山の高さとします。
・水平線と傾けた実線の交点では光は強め合います。
・水平線と傾けた破線の交点では光は打ち消し合います。
・水平線と傾けた破線の交点上に黒い線が出来ます。

A.SMを光の進行方向に平行移動する。

1.SMを光の進行方向に平行移動させる。
2.Spl光の進む距離が変化する。
3.Spl光が観測面に到達する時間が進んだり遅れたりする。
4.観測面を通過するSpl光の波の位置が変わるので波の高さが変わる。

あ.先程書いた図において、傾けた線の実線と破線を入れ替えてみます。
い.水平線と傾いた破線の交点の位置を先程の図と比較すれば交点の間隔は同じで動いていくことが判ります。


B.SMの傾きを変える。

1.観測面において、Spl光の入射角が変わる。

あ.先程書いた図において、傾けた線を平行の間隔は同じにして角度を変えてみます。
い.水平線と傾けた破線の交点の間隔をみます。
う.傾きが大きいと交点の間隔が狭くなり、傾きが緩くなると間隔が広がります。

以上

結構時間が経ってしまったので解決しているかも知れませんが書いてみました。

高校の物理でどの程度教えられているのか判らないので、こんなの知っているよと言われるかも知れませんが、できる限り噛み砕いて書いてみます。

光の干渉は、光の持つ波の性質により生じます。
水面に石を落とすと発生する波紋をイメージすると良いです。
ある一方向について見ると、波は進行方向にうねうねと上下動を繰り返しながらSin波[正弦波]( cos波[余弦波]でも同じ)で進みます。
波の進行上のある一点に注目すると波は...続きを読む

Qマイケルソン干渉計の疑問

 レーザー光源から光が出て、ハーフミラーで二つに分かれて
のちに又、全反射鏡にあたって、光がはねかえってきます。光が跳ね返って、中にはレーザー光源に向かう光があると思います。

Q.これは、この実験において問題はないのでしょうか?
エネルギーがぶつかり合い、光が弱まるなんてことはあるのでしょうか?

どなたか教えてください

Aベストアンサー

エネルギーがぶつかり合うことはないです。波なので干渉するだけです。

ただ、レーザー共振器に同じ波長のレーザー光が入ると共振器内のモードが変わってしまい、レーザーが不安定になると思います。

Qハーフミラーの構造と原理について

ハーフミラーの原理と構造について詳しく知りたいです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ミラーの基本的な構造は、

空気-反射物質-ガラス基板-空気

となっています。ハーフミラーでもまったく同じです。
ここで、反射物質は色々あります。
一番簡単なのはアルミ、銀などですね。このほかにも金などが使われることもあります。
あと、この反射物質の所では誘電体多層膜といって、2種類の物質をきわめて薄く積層した構造のものもあり、これは吸収が極めて小さいミラーが作れるため、レーザーなどの非常に強い光を反射させるミラーなどに利用されています。

屈折率の値では、空気<ガラス基板<反射物質という順番で大きくなります。

物理的には一般に屈折率小から屈折率大の物質界面で反射するときには固定端の反射となり位相が変わります。
逆の場合は自由端の反射となり、界面での位相の変化は起こりません。
これは普通の並みの反射の仕組みと同じようになっています。

一般に金属などの場合は非常に大きな誘電率εを持っていて、またその符号がマイナスになっています。(導体であるため)
そのため、金属の複素屈折率N(N^2=ε)もその虚部(虚部が吸収を表します)大きな値となります。
ですから光の電場はわずかな量しか金属に進入できません。
ただ金属膜の厚みを薄くすれば透過する光が生まれますので、金属ミラーの場合は厚みを薄くすればハーフミラーになります。

位相が反転するかどうかというのはMaxwell方程式で反射物質の誘電率εを使い、界面での連続条件から連立方程式を立ててとくと反射、透過の式を得ることができ求めることができます。

これ以上詳しくお知りになりたい場合は専門書を読まれたほうがよいでしょう。

では。

ミラーの基本的な構造は、

空気-反射物質-ガラス基板-空気

となっています。ハーフミラーでもまったく同じです。
ここで、反射物質は色々あります。
一番簡単なのはアルミ、銀などですね。このほかにも金などが使われることもあります。
あと、この反射物質の所では誘電体多層膜といって、2種類の物質をきわめて薄く積層した構造のものもあり、これは吸収が極めて小さいミラーが作れるため、レーザーなどの非常に強い光を反射させるミラーなどに利用されています。

屈折率の値では、空気<ガラス...続きを読む

Qハーフミラーでの反射光と透過光の干渉について

ハーフミラーでの反射光と透過光(反射光とは別の光源)の干渉において、反射光と透過光が、逆位相かつ、同強度(反射光と透過光が)だった場合これらは、打ち消しあうことになると思うのですが、その場合、光のエネルギーはどうなってしまうのでしょうか。光自体が消えてしまうような気さえするのですが?E=hvとはいえ光の強度が0ならばエネルギーも0となるのでは、ないでしょうか。

どうしてもわかりません。どなたか教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

前質問(No.607570)でのmickjey2さんの回答「光の干渉により弱め合う場合は、必ず強め合う所があります」につきると思います。
今質問の場合、「"反射光"の光源からの光のうち透過したもの」と「"透過光"の光源からの光のうち反射したもの」が強めあうことになるでしょう。(「位相が反対だからこちらも打ち消し合うんじゃないの?」と思われるかもしれませんが、反射光の位相は、屈折率がより大きい物との界面での反射では反転するが、より小さい物との界面での反射では変らない、ということに留意してください。)
なお、例えば眼鏡レンズなどの表面に「反射防止膜」のコートを施すことはご存じかと思いますが、反射光を減らすこと自体が目的なのでなく、その結果透過光が増える(=明るくなる)ためです。ご質問とは若干状況が異なりますが、本質的には同じことかと思います。

Q「小澤理論」で不確定性原理は覆されたんですか?

量子力学の基本原理であるはずの不確定性原理は、小澤正直・名古屋大教授の提唱した「小澤の不等式」によって覆されてしまったのですか?

ちなみに僕は典型的な文系です。理数系はど素人の人間の質問で恐縮なんですけど、何気なく新聞を読んでいたら、小澤教授の理論が正しいことが証明されて不確定性原理の限界を突破したという記事が目に飛び込んできました。

確か不確定性原理って、電子のような微小な物質は位置と速度のどちらかを正確に測定しようとすると、どちらかの誤差が大きくなってしまって、調べられる精度には超えられない限界があるという原理ですよね?(間違ってたらすいません)

それが覆されたのなら大ニュースだと思うんですけど、記事は案外小さめでした。 これは物理学の原理を見直すほどの事件にはならないのですか?

Aベストアンサー

ハイゼンベルグの主張はくつがえされましたが,量子力学の枠組みは何ら変更ありません。

不確定性原理はその意味するところが,実のところハイゼンベルグの提唱から知らず知らずのうちに変質してしまっていたにもかかわらず,誰もそれに気づかずむりやり同じものだと思いこんで納得していたのですが,それを『違う』と明確に示したというのが今度のはなしです。

なのでハイゼンベルグの主張はくつがえされましたが,実際の量子力学はハイゼンベルグの主張とは別のところで動いていたので,これにより原理的な不都合は一切生じません。

#2さんが照会されたページの中のここ

http://www.nikkei-science.com/?p=16686

の中ほどにある

『 今回の実験は,量子力学を覆すものではありません。超光速ニュートリノが本当だったら相対性理論はひっくり返ってしまいますが,ハイゼンベルクが間違えていたとしても,量子力学の基本方程式は変わりません。小澤の不等式はそれ自体,量子力学の枠組みによって成り立っています。ハイゼンベルクの式ではできないとされていた測定を可能にする小澤の式は,むしろ量子力学の可能性を広げるものと言えるでしょう。』

がほぼ正確な表現だと思います。

ハイゼンベルグの主張はくつがえされましたが,量子力学の枠組みは何ら変更ありません。

不確定性原理はその意味するところが,実のところハイゼンベルグの提唱から知らず知らずのうちに変質してしまっていたにもかかわらず,誰もそれに気づかずむりやり同じものだと思いこんで納得していたのですが,それを『違う』と明確に示したというのが今度のはなしです。

なのでハイゼンベルグの主張はくつがえされましたが,実際の量子力学はハイゼンベルグの主張とは別のところで動いていたので,これにより原理的な不...続きを読む

QTM偏光とTE偏光

TM偏光とTE偏光/s偏光とp偏光・・・混乱しています。

s偏光とp偏光はなんとなくわかりました。
s偏光:入射面に垂直な偏光方向
p偏光:入射面に平行な偏光方向

以前にあった質問(http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=152029)で
>偏光の方向を示す言葉として、TE(Transverse Electric field)、
>TM(Transverse Macnetic field)という言葉も使われます。
>TEは電場が横方向なので「水平偏光」、TMは磁場が横方向なので「垂直偏光」となります。
という回答があったのですが、これも入射面に対して横方向(つまり平行?)なのでしょうか?
とすると、s偏光=TM偏光(p偏光=TE偏光)といえるのですか?
そもそもTM偏光とTE偏光/s偏光とp偏光に相関はあるのですか??

なぜ混乱し始めたかというと、別の観点からの説明で、TM偏光とTE偏光について
線状の格子(もしくは溝)への入射では、
格子に垂直な偏光:TM偏光
格子に平行な偏光:TE偏光
と書いてあるものがありました。
二つの説明が正しいとすると、格子が入射面に垂直方向にある場合のp偏光は、TM偏光なのかTE偏光なのか・・・???

とくにTM偏光とTE偏光というのはどういう偏光を指すのかが知りたいです。
まとまらずすみませんが、詳しい方教えてください。

TM偏光とTE偏光/s偏光とp偏光・・・混乱しています。

s偏光とp偏光はなんとなくわかりました。
s偏光:入射面に垂直な偏光方向
p偏光:入射面に平行な偏光方向

以前にあった質問(http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=152029)で
>偏光の方向を示す言葉として、TE(Transverse Electric field)、
>TM(Transverse Macnetic field)という言葉も使われます。
>TEは電場が横方向なので「水平偏光」、TMは磁場が横方向なので「垂直偏光」となります。
という回答があったのですが、これ...続きを読む

Aベストアンサー

ご当人が説明いたします。

通常光の偏光方向は電場の方向を指します。
s偏光というと電場が入射面に垂直というわけです。

さて、TE,TMと言う場合は「何に対して横なのか」が問題となります。
格子を取り上げた場合は、格子の方向に横に並ぶ方向が電波方向=TE偏光となります。
これがわかれば直交する方向はTMになりますね。
(transverseに対する言葉はlongitudinalになります)

つまり何かの基準となる方向に対してTEとかTMとか言うわけです。

一方s,p偏光は「入射面」に対して言うことが決まっています。

では両者の関係はというとTE,TMを入射面に対して使うことはありません。(理由はよくわかりませんが必要性がないのでしょう)

で、s,p偏光とTE,TMでは決定的な違いがあります。
s,p偏光はある境界面があり、「斜め方向に入射」するときしかs,p偏光という区分はありません。
なぜならば、境界面に垂直であればそもそも入射面が定義できないからです。

一方TE,TMは、たとえば格子を基準に取れば入射角によって区別できないと言うことはありません。
(強いて言うと、格子の方向と光の進行方向が一致するとそういう状態になりますが、普通そういう状態はありませんよね)

だから、たとえば格子面に光が入射するとき、垂直入射であればTE,TM偏光などと言うことは出来ますが、このときにはs,p偏光という区別はありません。

以上で両者必要に応じて使い分けている訳です。

ご当人が説明いたします。

通常光の偏光方向は電場の方向を指します。
s偏光というと電場が入射面に垂直というわけです。

さて、TE,TMと言う場合は「何に対して横なのか」が問題となります。
格子を取り上げた場合は、格子の方向に横に並ぶ方向が電波方向=TE偏光となります。
これがわかれば直交する方向はTMになりますね。
(transverseに対する言葉はlongitudinalになります)

つまり何かの基準となる方向に対してTEとかTMとか言うわけです。

一方s,p偏光は「入射面」に対し...続きを読む

Q光の振幅の大きさ

教科書でも参考書でも波長・振動数の数値は載っていますが、振幅の値が出ていません。幅があるとすればどの程度なのか。また、太陽光と単色光の振幅の差はどの程度なのか。ご教示ください。宜しくお願いします。

Aベストアンサー

#1です。
分かりにくかったようですので、補足しますね。
ご質問の趣旨から、教科書や参考書にのっている数値とのっていない数値があるということですよね。そして、光に関する数値としては、波長や振動数は書いてあるのに、振幅は書いていない、ということですね。

なぜ書いていないのか。
語弊があるかもしれませんが、分かりやすく言えば、普遍的な定数か、そうでない変数かの違いだと思ってください。補足に書いてある数値を使わせていただきますと、
可視力線の波長は、(7.7×10^(-7)~3.8×10^(-10)-7(m)とあり、波長の長いものが赤色ということですよね。この場合、7.7×10^(-7)が赤色、3.8×10^(-7)が青紫ということです。これらの数値は、変わりようがないですね。もし、この数値が変わってしまったら、赤色には見えなくなりますし、逆に、別の色だったものが、何かの都合で、波長が伸びて、7.7×10^(-7)になれば、赤色という認識になります。つまり、この7.7×10^(-7)は、常に赤色なのです。だから、教科書などに書いてあるのです。

しかし、振幅はどうでしょうか?
振幅が変わると、その色、赤なら赤色が強く光っているか、弱く光っているかの違いとなります。同じ赤いランプを近くで見たときと、遠くで見たときでは、明るさが違いますよね?あるいは、同じ赤色でも、サーチライトのような強力なライトと、豆電球のような弱い電球では、振幅に相当する値が、異なってしまいますよね。つまり、その時その時で値が変わってしまう変数のような値となります。ですから、無数の状態がありますから教科書には書きようがないわけです。

ただし、同一の条件で測定してやれば、それはそれで、意味のあるデータになりますから、表になっていることもあります。普通は、振幅ではなく、照度、光束、光度などべつの物理量で表されることになるでしょう。

念のため、別の例えも述べておきます。
運動の法則を学ぶと、重力加速度9.8m/s^2という値は、教科書には書いてありますが、質量や時間などは、書かれていませんよね。その時、その時で条件が変わってしまいますから。もちろん、ある問題には、書いてあり、それらの数値で計算しますが、問題が変われば、質量や時間といったものは、変わってしまいますから、一般的な数値は書きようがありません。光の振幅もそれと同じように思えばいいのです。

これで分かっていただけるでしょうか?

#1です。
分かりにくかったようですので、補足しますね。
ご質問の趣旨から、教科書や参考書にのっている数値とのっていない数値があるということですよね。そして、光に関する数値としては、波長や振動数は書いてあるのに、振幅は書いていない、ということですね。

なぜ書いていないのか。
語弊があるかもしれませんが、分かりやすく言えば、普遍的な定数か、そうでない変数かの違いだと思ってください。補足に書いてある数値を使わせていただきますと、
可視力線の波長は、(7.7×10^(-7)~3.8×10^(-1...続きを読む


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