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光というものの移動する性質についていくつかお聞きします。
稚拙な内容かもしれませんが、詳しい方が居りましたらどうかお教え下さい。

(1)波動と粒子として考えた場合・・・

・太陽の光は宇宙空間に遮るものが何も無ければ(星やチリなどに当たらなければ)、どこまで進んでいけるのでしょうか?

・光の大きさが小さければ(極小さな恒星など)届く距離もそれに応じて短いのでしょうか?

・届く範囲が決まっているのだとしたら、届く限界の距離まで来たら、その途端にそこで消滅するのでしょうか?

・仮定として、もしも光の源である恒星が突然消滅した場合、それ以降は光を放たないわけですが、それまで放たれていた光は、光だけでずっと宇宙空間を進んで行くのでしょうか?

(2)可視光線に限って考えた場合・・・

・何万光年も遠くにある星の光を今見ているのだとしたら、その星が今現在では消滅している可能性もあるのでしょうか?

・太陽の可視光線は宇宙空間に遮るものが何も無い場合に、どれくらいの距離まで届くのでしょうか?

・地球上から夜、宇宙に向けて懐中電灯を向けた場合、宇宙までの空間に何も障害物が無く、尚且つその後も何も障害物がなければ、その微量な光はどの辺りまで進んでいくのでしょうか?また、レーザー光線だった場合はどうなのでしょうか?

ちょっと質問が多かったですが、よろしくお願い致します。

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A 回答 (3件)

へいっ まいどっ!



・晴天の昼間、屋外の太陽光の下で極小さなマッチを一本灯し、数秒後にその火を消しました。太陽光の下で数秒間灯されたこのマッチからでた光(極微量の光)は、上空に何も遮るものが無く宇宙空間にも遮るものが何も無ければ、どこまででも突き進んで行けるのでしょうか?

はい。そのとおりです。


・上記マッチの光が1万光年彼方の星まで到達して、そこにちょうど人が天を仰いでいて(月の裏側のような地表に立っていて)光を遮るものが何もなければ、その人がその光を見る(数秒間だけ見る)ことが可能でしょうか?

「月の裏側」の意味が不明ですが、たぶん、太陽の光を浴びていない部分のことですか?
どちらにしても、数秒間だけ光は届きますけど、その地点に宇宙のあちらこちらから届く全ての光から、その光を分離して観測することは極めて困難です。


・上記マッチの光を見ることが出来たとしたら、その光はどのような形や大きさで、その人に認識されているのでしょうか?

ほとんど空想の世界ですが、地球上で発した炎の形のままで見えるとしましょうか。
その大きさ(径)は、
2×arctan(炎の大きさ/マッチからその場所までの距離)
(単位は、度、または、ラジアン)
です。
ただし、(難しい話になりますが)たとえ、さえぎったり屈折させたりするものがなくても、量子電磁力学的に光の経路は直進経路だけではないので、形はぼけます。
(宇宙に限ったことではなく地球上でもです。だから短い波長の青色を発する青色LEDが開発された後に、1枚のディスクで高精細録画・再生できるようになったのです。)


では、これにて退散・・・

この回答への補足

再度ご回答頂きまして、ありがとうございます。
再々度質問を致します。もし宜しければ再々度ご回答下さい。

・上記マッチのような微量な光の場合、通常であれば(大気中の雲やチリなどがある状態)大気圏より遠くまで光が届くことはありませんよね?

・太陽などは巨大な光量であるがゆえに、いろいろな障害を掻い潜って我々の元まで届いている訳ですよね?

・人体は微かに電気を帯びていると聞いたことがあるのですが、人体からも何らかの光(波動や粒子に当たるもの)が常態として発せられているものなのでしょうか?

・もし、人体からも何らかの光が発せられているのなら、それを人の眼で認識する方法はありますか?もしくは何らかの装置を通すことによって認識が可能となるのでしょうか?

以上です。宜しくお願い致します。

補足日時:2008/05/31 14:34
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この回答へのお礼

とても詳しく教えて頂きまして、ありがとうございました。


改めての質問は、やはり新たに投稿してみます。

お礼日時:2008/06/01 16:35

こんばんは。



(1)波動と粒子として考えた場合・・・
・太陽の光は宇宙空間に遮るものが何も無ければ(星やチリなどに当たらなければ)、どこまで進んでいけるのでしょうか?

はい。その通りです。
(本当は、宇宙の果てについての議論も必要なんですけど、今回のご質問の趣旨から外れるので、やめときます。)


・光の大きさが小さければ(極小さな恒星など)届く距離もそれに応じて短いのでしょうか?

これは、さえぎるものがある場合ということでしょうか?
さえぎるものがあれば、到達する確率は100%ではなくなります。
さて、「光の大きさ」というものはありません。
光の量の多い少ないの問題です。
1個1個のフォトンが到達してくる確率は変わりませんが、光の量が多ければ、それだけ、到達してくるフォトンの数(期待値)が大きくなります。
要は、元々の光の量が多ければ、到達してくる光の量も多いという単純な話です。


・届く範囲が決まっているのだとしたら、届く限界の距離まで来たら、その途端にそこで消滅するのでしょうか?

届く限界の距離というものはありません。
さえぎるものがなければ、どこまでも進みますし、
さえぎるものがあれば、ある距離を平均値(難しい言葉で言えば「平均自由行程」)として、確率的にばらつきを持った到達距離になります。


・仮定として、もしも光の源である恒星が突然消滅した場合、それ以降は光を放たないわけですが、それまで放たれていた光は、光だけでずっと宇宙空間を進んで行くのでしょうか?

その通りです。


(2)可視光線に限って考えた場合・・・
・何万光年も遠くにある星の光を今見ているのだとしたら、その星が今現在では消滅している可能性もあるのでしょうか?

その通りです。
言い方を変えれば、「少なくとも何万年前までは、その星は存在していた」ということはわかるわけです。


・太陽の可視光線は宇宙空間に遮るものが何も無い場合に、どれくらいの距離まで届くのでしょうか?

最初の質問への回答と同じです。
さえぎるものがなければ、フォトンはどこまでも進みます。


・地球上から夜、宇宙に向けて懐中電灯を向けた場合、宇宙までの空間に何も障害物が無く、尚且つその後も何も障害物がなければ、その微量な光はどの辺りまで進んでいくのでしょうか?また、レーザー光線だった場合はどうなのでしょうか?

懐中電灯でもレーザーでも同じ話です。
障害物が無ければ、フォトンはどこまでも進みます。


以上、ご参考になりましたら。

この回答への補足

こんにちは。ご回答頂きありがとうございます。

追加質問です。もし宜しければ再度お答え下さい。

・晴天の昼間、屋外の太陽光の下で極小さなマッチを一本灯し、数秒後にその火を消しました。太陽光の下で数秒間灯されたこのマッチからでた光(極微量の光)は、上空に何も遮るものが無く宇宙空間にも遮るものが何も無ければ、どこまででも突き進んで行けるのでしょうか?

・上記マッチの光が1万光年彼方の星まで到達して、そこにちょうど人が天を仰いでいて(月の裏側のような地表に立っていて)光を遮るものが何もなければ、その人がその光を見る(数秒間だけ見る)ことが可能でしょうか?

・上記マッチの光を見ることが出来たとしたら、その光はどのような形や大きさで、その人に認識されているのでしょうか?

補足日時:2008/05/30 14:38
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参考になりそうなHPの一つ


宇宙の果て
http://www32.ocn.ne.jp/~spring/SPACE.HTM
http://www.astroarts.co.jp/news/2003/12/03nao687 …
宇宙
http://www3.plala.or.jp/MiTiempo/j-main-1.html
懐中電灯やレーザーなどは発行部分がすでに物体を通過しているので
発行部分の状態によって距離が違うような気がします。HP見つけれず。

この回答への補足

m(_ _)m参考にしてみます。

補足日時:2008/05/31 14:23
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Aベストアンサー

>光は、波と粒の性質があると聞きました。

 その通りです。そのようなものを「量子」と呼んでいます。

>光は、素粒子のひとつですか。

 その通りです。光子と呼ばれます。

>光は、なぜ進むのですか、光が進むためには、何のエネルギーで進むのですか(たとえるなら車が進むにはガソリンが必要という論理から、質問しています)。

 波としての光が可視光だとして、それはある範囲の波長の電磁波です。携帯の電波も、電子レンジで使うマイクロ波も、放射線のあるX線やガンマ線も電磁波です。

 電磁波は、電磁場が振動などの加速度運動をしたときに放出されます。例えば、電子は周囲に電磁場を持っています。電子を揺すると電磁場も揺れて、電磁波が出ます(詳しい仕組みはマクスウェル方程式から理論的に導かれるのですが、数式だけでイメージしにくいので割愛します)。

 電磁波は揺れる電磁場から離れて、電場と磁場が互いに振動しつつ、うまく相互作用しながら、消えずに、ずっと進むものです。波であるので、音が空気を揺らしながら伝わるように、光も何か空気のような媒質があると思われていたこともあります。

 しかし、そうではなく、何もないところに自ら波打って進むことが分かり、さらに誰がどのように見ても同じ速度だと分かりました(それが相対論の結論の一つ)。

 さらに量子力学ができて、波は全て粒子の性質も持つことが分かってきました。光もそうだと気が付いたのがアインシュタインで、最初は光量子と呼ばれ、後で光子(フォトン)と名前が変わりました。

 光の面白い性質は、必ず秒速30万kmで進み続け、止まることはおろか、減速も加速もできないことです。同じ速さで進み続けるか、消えるかしかありません。

>光は、やがて進まなくなるのですか(車にたとえると燃料切れ)

 普通の物体でも、地面に落ちたりせず、空気抵抗のない真空の宇宙なら、ずっと止まらずに進み続けます。人工衛星はロケットエンジンを吹かし続けなくても、ずっと地球の周りを回っていますね。

 光も同じです。100億光年も彼方の星から、地球まで光が届くのは、真空の宇宙を進むからです。でも、普通の物体と同じように、重力に引き寄せられて曲がって進むことがあります。それによって起こる現象の一つに重力レンズと呼ばれるものがあり、質量の大きな星がまるでガラスのレンズのように光を集めるように働きます。それにより、一つの星が二つに見えたりする現象などが、いくつも発見されています。

>光は、波と粒の性質があると聞きました。

 その通りです。そのようなものを「量子」と呼んでいます。

>光は、素粒子のひとつですか。

 その通りです。光子と呼ばれます。

>光は、なぜ進むのですか、光が進むためには、何のエネルギーで進むのですか(たとえるなら車が進むにはガソリンが必要という論理から、質問しています)。

 波としての光が可視光だとして、それはある範囲の波長の電磁波です。携帯の電波も、電子レンジで使うマイクロ波も、放射線のあるX線やガンマ線も電磁波です。

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