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水中の光速は真空中の光速より遅い理由は?

gooドクター

A 回答 (7件)

 光は音などと違い、唯一媒質を必要としない波動だからです。

音ならば密度の高い物質中=媒質ほど速度が大きくなりますが、光にとっては邪魔者以外の何物でもありません。光ならばかえって進行を邪魔されるので遅くなるのです。
 水以外の有名な例では、太陽の中心の核融合で発生した光が太陽表面にでてくるのに約1000年かかります。
 ちなみに、電磁場の移動の速度はその場所での光速度になるので、水中を亜光速の電子が移動すると青い光が出ることはご存知と思います。これは、いわば超音速における衝撃波みたいなもので、電磁場が置いてきぼりにされるために起こります。
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光速cは,誘電率εと透磁率μで



c=1/(√(ε・μ))

となりますが(マックスウェルの方程式),水の誘電率は真空より大きく(温度や波長によって大きく違います),一方透磁率はほぼ同じなので,水中の光速は遅くなります。
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こんばんは。



水に限った話ではないです。

こういう質問が来ると、
「それは、水の屈折率は真空の屈折率より大きいから」
と答える人は多いです。
しかし、それは、説明になっていません。
なぜならば、
屈折率というのは「光の遅さ」を表している数字であるからです。

屈折率と光の速さとの関係は、

屈折率 = 真空中の光の速さ ÷ その物質中での光の速さ

という反比例の関係になっています。


さて、
アインシュタインの相対性理論の元になっているのが、
「光速不変」の公理です。
つまり、光の速さは誰から見ても、いつでもどこでも一定です。
ですから、水中で光の速さが変わるとすれば、それは上記と矛盾していることになります。


これは、量子電磁力学の話になります。

この話の登場人物は、光子(フォトン)と電子の2種類だけです。

電子は光を取り込んだり手放したりするという、基本法則があります。
物質中に光子が入ってくると、その進入経路で沢山の電子と出会います。
そのとき、光子は、いったん、出合った電子に取り込まれます。
その電子は「ちょっとためらってから」光子を手放します。
あとは、この繰り返しで、いわば「バケツリレー」のように、
物質中を光子が受け渡されていくわけです。

電子が「ちょっとためらう」ことにより、光の見かけの速さが落ちるように見えるというわけです。

直感的に、たくさんの電子と出会うほうがバケツリレーに時間がかかるということは、容易に推測できますよね。

ということは、真空よりも大気中のほうが遅くなり、大気中よりも水の中のほうが遅くなるということです。



以上、ご参考になりましたら。
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絶対屈折率の意味を詳しく教えてよ専門家さん。

  
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この屈折率で速度が落ちるのは知ってるんだけど、


いまいち完全に納得してねーんだよなー。 ーー;

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%80%9F

だれか、垂直の入射角で遅れる理由を明確に教えてよ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B1%88%E6%8A%98% …
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波の伝播速度は媒質の密度が高いほど速いのです


電磁波の媒質は真空です
真空の密度と言うのも変ですが真空の度合いが高いほど速く完全な真空のときが最高速度となるのです
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光が通過する経路上の水分子などが


光のエネルギーを吸収しては吐き出すという
伝言ゲームのような物理現象が発生し、
その現象が起きる時間の分だけ
真空の場合より遅くなります。
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