アインシュタインの相対性理論では
光速は一定の値であると言われています。

しかし、光の屈折現象では、光の速度が変化する様に思い ますが。
たとえば、空気中からガラスへ光が入射した場合
 空気中の光の速度より、ガラス中の光の速度の方が
 速くなっているように思いますが?
 

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A 回答 (3件)

光速は真空中は自然基礎定数にもなっていますが、2.998×10の8乗m/secです。

真空中以外では、全て遅く(小さく)なります。真空中の速度と他の媒体中での光の速度の比を屈折率といいます。

屈折率=真空中の光の速度/他の媒質中の光の速度

ですので、光速は場所によって速度は違います。でも、それは真空中の値より常に小さいのです。

アインシュタインの相対性理論は、どんな物質も光速よりも早く動くことはできない。という事が基礎になっています。単に「光速が一定の値である。」と言っているのでないので、注意が必要なところですね。同じ空間(時空間ではありません)では、どんな観測者からも光の速度は同じに見える。という事実から導き出された理論です。一般相対性理論は難しいですよね。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

真空中以外では、光速は全て遅くなくことに気が付かず
 このような質問をしてしまいました。(おそまつ)

これからも、名回答よろしくおねがいいたします。

お礼日時:2001/06/04 22:01

mugisakenomiさんの回答を読んで先ほどの回答が不十分で誤解を招く事がわかったので、再回答します。



どんな物質も真空中の光速を越えることはできない。という事実から導き出された理論が相対性理論です。
媒質中は光の速度は落ちますので、その条件内で物質も光速を越えることが可能な場合があります。

ちなみにチェレンコフ放射について図解入りの説明URLは下記のとおりです。

参考URL:http://icrhp9.icrr.u-tokyo.ac.jp/japanese/cheren …
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不変なのは真空中の光速で、超えられないのも真空中の光速です。



媒質の中では、光速は遅くなりますし、その速さを超えることもできます。たとえば原子炉の燃料棒を水につけると青く光って見える「チェレンコフ放射」というのは、水中で粒子が光速より速く動くときに出る光、だったはず。
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この回答へのお礼

回答ありがとうごございます。

実は、荷電粒子が光速より速くなるときに発生する
「チェレンコフ放射」なるものは、初耳でした。

新しい知識が習得できて、満足しております。

お礼日時:2001/06/04 22:07

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光には、屈折と言う特有の現象が起こります。空気・水・ガラス等透明な物質中を、光は進むことが出来ます。それぞれの物質により、その中を通る光の速度は異なります。物質のない真空中を進む光の速度が一番速いのです。そして、一番原子が規則正しく詰まっているダイヤモンドの中を通る光の速度が一番遅いのです。
 光の屈折は、光が空気中から水の中に進んだ時や、ガラスの中に進んだ時に見られます。ダイヤモンドの屈折率が一番大きく、光は鮮やかな虹色となります。紫など波長の短い光の方が、赤い光など波長の長い光よりも良く屈折します。以下で、光が屈折する仕組みを考察します。

 光は、らせん状の回転をしながら進んでいます。空気中は抵抗が少なく、光は速く進みます。水中では抵抗が大きく、光の速度は遅くなります。光が空中から水中へ進んだ時、真っ直ぐには進まず、左の様にθだけ屈折します。

 光が空中から水中に入る水面では、下図の様に、らせん回転をしている光は、赤の輪に部分が、空中と水中双方を進むこととなります。水中にある下部は抵抗が大きいのです。従って、下下図の様に、らせんの間は詰まります。空中にある上部は抵抗が小さいのです。従って、下上図の様に、らせんの間は広がります。赤の輪の部分は、曲がるストローの様になり、光は水の方向に曲がります。

 水中から空中に光が出る場合も、水中の方の輪が詰まり、水の方に光は曲がります。水中に入る光の軌跡と、水中から出て行く光の軌跡は同じ屈折した線を描きます。光は、抵抗の大きい物質の方向に屈折します。

 波長の長さに関らず、光の速度は一定です。光は、一回水中と空中を行き来する度に、一定角度屈折します。従って、光の波長が短く、赤い部分の輪の数が多い程、屈折率は大きくなります。
 赤い光の波長は0.00007㎝です。それに比べて、紫の光の波長は0.00004㎝です。従って、波長の短い紫の光の方が、波長の長い赤の光より、水中と空中双方を通過する赤い部分の輪の数は1.75倍多いのです。よって、紫の光の屈折率の方が大きくなるのです。

 質問者さん、この様に赤→黄→緑→青となるに従い、振動数が多くなり波長が短くなります。従って、右に行くに従って屈折率が大きくなり、光は七色に分かれるのです。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://www42.tok2.com/home/catbird/hikarinokussetu.html

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はい。

>光速の99%なんで、到達するのがスローに見えるのでしょうか?
観測者bから見ても光はcで進みます。
宇宙船の前方は光から逃げる形になるわけで、光が追いつくのに時間がかかる、というだけの事です。

>光速は超えられないのですが、仮に光速で移動したとすると観測者は前方に到達することを確認できません。だから光速を超えることはできないということですか?
いいえ。
相対論に基づいて光速を超えられないと解釈されているのは、もしそれができたとすると、因果律が破れるからです。


>また、宇宙船内の光は速度cで進みます。とすると宇宙船a内のライトは宇宙船にとっては観測者bに対して(1+99/100)cとなり、宇宙船にとっての観測者に対するライトの速さは光速を超えてしまうのですか?
はい、「観測者aから見た,光の速度と観測者bの速度の差」はcを超えます。
しかし、それは
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>ライトが船内の前方へ到達する時間をkとします。とすると観測者bから見た到達時間はkより多くかからなければなりませよね。
はい。

>光速の99%なんで、到達するのがスローに見えるのでしょうか?
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決まっています。
スネルの法則です。
光の速度が媒質によって違うのが原因です。
参考URL。
速度は波長によっても違います。虹やCD表面の虹色。
全反射も屈折しきれなくなったときに起こります。

参考URL:http://www12.plala.or.jp/ksp/wave/snell/

Q屈折率 空気 温度 光

「音速は、冷たい空気中より暖かい空気中のほうが大きい。
暖かい空気は冷たい空気より屈折率が大きい。」

と本にありました。

一方、
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と認識しております。

この二つは矛盾してないでしょうか・・・。

Aベストアンサー

媒質によって波の進む速さが変わると屈折が起こります。
速さが遅くなると境界面から離れる方向に曲がります。これは光でも音でも同じです。波の一般的な性質です。
水とか空気が問題なのではなくて速さがどう変わるかが問題なのです。
「温度の高い空気のほうが音は速く進む」、
「空気中よりも水の中の方が光は遅く進む」、
これがどうして矛盾ですか。
光は真空中が一番速いです。
音は真空中では伝わりません。
波を伝える仕組みが違うのです。

空気中の音速は温度だけで決まります。空気の密度には関係しません。

大気の上層に電離層というのがあります。密度は非常に小さいですが温度は高いです。地上での大きな音が電離層で跳ね返ってくることで遠くはなれた音が聞こえるという現象があります。上空に温度の高い所があるから跳ね返ってくるのです。
電離層が発見されたのはこの現象がきっかけです。
積極的に調べられたのは第1次世界大戦のあとです。敗戦国ドイツの火薬を処分するのを実験に利用したのです。ヨーロッパ中に観測網をしきました。聞こえる場所が数百km間隔のドーナツ型になったのです。
日本では会津磐梯山の噴火の音が東京で聞こえたという記録があるそうです。

気体の種類を変えると音速は変わります。
水の中では空気中よりも音は速く伝わります。
同じ空気中であれば密度が変わっても音速は変わりません。温度だけで決まります。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9F%B3%E9%80%9F
温度と分子量で表した式、圧力と密度で表した式の2つが載っています。ごっちゃになっているようですね。

媒質によって波の進む速さが変わると屈折が起こります。
速さが遅くなると境界面から離れる方向に曲がります。これは光でも音でも同じです。波の一般的な性質です。
水とか空気が問題なのではなくて速さがどう変わるかが問題なのです。
「温度の高い空気のほうが音は速く進む」、
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