光が透過できるものとできないものの違いは？

物質は非常に小さな原子核と電子により成り立っているため、実際にはほとんどが空間であるとのことですが、同じ様に物質でできているのに人間など光を通さないものと、ガラスのように光が透過できるものがあるのですか。

No.6 回答者： walkingdic 回答日時： 2008/04/02 10:09

>光は物質にぶつかってエネルギーに変換されるということですが

私はこれまでぶつかるというイメージでは説明していませんよ。
ご質問に対するイメージの理解としてはぶつかるという考え方は適当ではありません。

光との相互作用の中心を担うのは電子ですが、このサイズはきわめて小さく、物質は基本的には光にとってはすかすかなんですから。

私のこれまでの一番初めの回答からもう一度見てください。

>熱として吸収されるものと反射されるものがあるのはなぜでしょうか。
基本的な考え方としては、吸収も反射も散乱もみな初めは共通の現象が起きています。
どういうことかというと、原子・分子に光が当たると、まずその光のエネルギーを吸収します。実はこのエネルギーを吸収するというのは、先に金属の反射で説明したバスケットボールと同じように、電子が光の電場という相手に合わせて動くことに他なりません。

電子が光の電場で動く－＞電子には運動エネルギーが与えられる－＞つまり物質が光のエネルギーを吸収したということです。

ここからが問題で、物質によってはそのエネルギーをそのまま自分のものとしてもらってしまい、熱などに変わってしまうものがあります。これは波長によっても違います。
特に赤外線だと熱に変えてしまう物質が多いです。

ただ、そうではなく、もう一度光として再放出する原子・分子もあります。
どちらかというとこちらのほうがまだ自然です。
このときに、今までと同じ方向に光を放射するとは限りません。
ランダムな方向に光を再放射するのが散乱です。

一方で、光というのは波ですから、散乱した光同士が干渉しあって、特定方向にしか光が放射しないこともあります。特定方向への放射は２つの方向があります。
実はその一つが反射になります。
もう一つは元の光と同じ方向になります。

ちなみに元の光と同じ方向に放射された光の波は、元の光の波より少し遅れたりします。それが「屈折率」を生み出していて、屈折という現象の原因になっています。

このようなことから、実はもし物質が全く光に反応できない、つまり光を吸収できない場合には、反射も散乱も起きないし、屈折も生じません。
わずかでもよいから一度は吸収が起きる必要があります。

まとめますと、吸収や散乱や反射というのは、現象の初めは同じで、一度吸収した光のエネルギーが次に、何に変わるのかという部分で違いが出てくる、そして光が波であるために干渉の効果で、散乱だったり反射だったり、あるいは透過するときに光の進む速度の遅れ（屈折率）が出たりするのです。

No.5 回答者： debukuro 回答日時： 2008/04/02 09:47

エーとですね

光（電磁波）が通過しようとする物体の部分の粒子の量によるのです
金属は光を通さないというのは全くの嘘です
カメラや眼鏡のレンズにはコーティングしてあるものが多いですよね
あのコーティング剤は実は金属なのです
極薄い金属膜が張り付けてあるのです
膜と言っても薄く延ばしたものではなく金属を蒸発させてガラスの表面に付着させているのです
鉄を砥石で磨って薄くすると光が透過するようになります
手で磨る程度では向こうが見えるくらいに薄くはなりませんが光が透過してくる程度にはなります
青い光が出てきますよ
中学校で石の顕微鏡標本を作ったときに試しにやってみたら出来たのです

No.4 回答者： walkingdic 回答日時： 2008/04/01 13:42

>光の反射とは光が金属の自由電子に当たって跳ね返るようなものと考えて良いのでしょうか。

イメージ的にはたとえばバスケットボールで陣地を全員（自由電子）で守っている所に、一人（光）で切り込んでいこうとする状況を思い浮かべてください。
隙間はあるけど、右を抜こうとしても左を抜こうとしても、絶えず前にはだかって防御されます。
そのため、侵入できずに結局あきらめて反射していきます。

より正確に言うと、光の電場の動きに合わせて電子が光の電場を打ち消すように動き、その電子の動きによる電場が発生すると、丁度反射する方向への電磁波が生成されるという仕組みになっています。

この回答へのお礼

早速ありがとうございます。
質問ばかりでご迷惑かもしれませんが、光は物質にぶつかってエネルギーに変換されるということですが、同じように壁にぶつかり、熱として吸収されるものと反射されるものがあるのはなぜでしょうか。ぶつかる角度の問題なのでしょうか。ご面倒でなければお答えください。

お礼日時：2008/04/01 14:10

No.3 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/03/31 22:30

皆様のお答えは皆尤もなのですが、考え方を変えると、生物は目という器官でちょうど必要なものが見えるような波長の光を検出しているということでもあります。

例えば、光でも非常に波長の短いＸ線ではほとんどの臓器は貫通して見えず、骨などが見えるに留まります。さらに波長の短いガンマ線になると、時折電子を吹き飛ばしたり、体内で電子対を作ったりする害を及ぼしますが、ほとんどはすり抜けて行って仕舞います。
一方波長の長い赤外線は身体の内部まで浸透します。マイクロ波は分子の回転にしか反応せず、超短波になるとＭＲＩの水素にしか感応しなくなります。さらに波長が長くなると人間は波長の間に入ってしまい存在自身検知されなくなります。
この様に我々の目が見ている「可視光」はちょうど「電子の遷移」に相当する波長の長い部分だけを見ています。
ほとんどの生物がこの波長だけを感知しているのは太陽光との関係でしょうし、また情報量が多いためでもあると思われます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
私が少し不思議たなぁと感じていることとは少し違いますが、
なるほど、おっしゃることも確かにそうだと感心いたしました。

お礼日時：2008/04/01 13:18

No.2 回答者： tetsumyi 回答日時： 2008/03/31 20:51

一般的に密度が高い液体や固体では光を通すことが不思議です。

液体や固体では内部で電子は雲のように広がりをもって存在しているので光も電子も通過できません。
液体や固体で分子間力が働くほどに隙間が無いので光は通ることができないと思います。

光によって電子雲が反応して光が通過したように見えるのだと考えます。
その結果、物質を通過する時、光の速度は遅くなって屈折が起きます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
私には少し難しいお話なので理解には及びませんでした。
また何かの節には教えてくださいませ。

お礼日時：2008/04/01 13:13

No.1 回答者： walkingdic 回答日時： 2008/03/31 18:55

非常に簡単に言うと、原子の大きさと比較すれば光の波長は十分に長いので、特別なことがなければ光は物質を通り抜ける、つまり透過すると考えるとよいでしょう。

では特別なこととは何かというと、「吸収」と「反射」、「散乱」です。

吸収とは光にあたった原子なり分子なりがその光のエネルギーを受け取り、光以外のエネルギーにしてしまうということです。通常の透明ではない物質の大半はこれですね。

反射は主に金属で見られます。これは平たく言うと、光の侵入を阻止してしまうために、反射という現象となって現れます。これは金属の中の自由電子の働きによるものです。
金属中では電子は自由に動き回れるので、そのために光の電場が侵入できず、そのようになります。

次に散乱は、たとえば不透明だけど紙などは完全には光をさえぎりません。
にごった水などもそうですね。
光を色んな方向に跳ね返したりしてしまいます。
これは光の波長と比較してある程度大きい粒子の時には散乱が強くなり、大きさがあまり大きいとほとんど透過できなくなっていきます。

多少の厳密さを犠牲にして、わかりやすく書くと上記の通りです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
光の反射とは光が金属の自由電子に当たって跳ね返るようなものと考えて良いのでしょうか。

お礼日時：2008/04/01 13:10