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物理素人です

光とは何ですか

光子や電磁波であると聞きます

まず、電磁波は、何か が波のように揺れているのですか、その何かとは 何ですか

その波の幅は短くなったり長くなったり変化しえますか

その波の振動頻度は高くなったり低くなったりしますか

振動しなくなったときは、何が振動しなくなったのですか

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A 回答 (6件)

>まず、電磁波は、何か が波のように揺れているのですか、その何かとは 何ですか


「何か」は何もありません。
電磁波とは、電気のゆれと磁気のゆれが交互に発生したものです。

電気が流れると磁気が発生します。(電磁石の原理)
磁気が変動すると電気が発生します。(発電機の原理)

電波はこの2つの現象が、交互にくりかえし起こって、波のように空中を進むものです。(次のページの最初の図「電磁波の発生の様子」を見てください)
http://www.circuitdesign.jp/jp/technical/DesignG …

>その波の幅は短くなったり長くなったり変化しえますか
普通では短長の変化はないでしょうが、強力な磁界とか空間の歪みとかあれば、変わるかもしれません。

>振動しなくなったときは、何が振動しなくなったのですか
空間を進むうちにエネルギーを失って、最初の、磁気と電気の変化がうんと小さくなったのです。
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この回答へのお礼

電磁波が何かしらが波のように揺れているのかの点については、電気の揺れと磁気の揺れと回答いただきました

電磁波とは、電気と磁気が交互に揺れているものですね

そして、その波長の変化は普通は発生しない

揺れが小さくなり、とうとう揺れなくなったら、何が揺れなくなったのかの点は、電気と磁気なのですね

電気と磁気とは何でしょうね、それらが単体でなく、揺れている状態が光なのですね

お礼日時:2014/12/23 12:10

光とは電磁波なのですが、まぁおおよそケッタイな代物と言えます。



100gのボールならキャッチボールできますが、1tのクルマがぶつかってきたら死にます。エネルギーを物が持つならば、このように分かりやすいのですが、なぜかこの世はエネルギーが保存するように出来ていて、物がなくなってもエネルギーだけは残ります。で、そのエネルギーが電磁波(光)になっちゃうんですね。

太陽は電磁波(光)を出していますが、太陽の光で暖められた地球も実は電磁波を宇宙に出しています。なので、太陽の光でどんどん熱くなっていかないのですね。実は地球に限らず、全ての物質は電磁波(光)を出しています。閑話休題。

で、この電磁波(光)は、物ではないので、この世で一番速い速度で伝わっていくのです。ところが(相対性理論ってのですが)その一番速い速度だと時を刻まない。(時を刻まないというのはどういうことか、なども面白いので、興味があれば特殊相対性理論でもかじってみてください)

ちょっと話が飛びますが、この宇宙の物質は、遠い将来には、万有引力(重力)により集まって、全ての物資がブラックホールに落ちることになる、でこのブラックホールも相当永い時間の末(10の{10の124乗}乗年後らしい)に蒸発して消えてなくなる。そうなると宇宙には物質が1つも無くなり、すべては電磁波(光)だけになる。
ところが電磁波(光)は時を刻まないので、その宇宙では時が意味を持たなくなる。

そんなお話を今の物理学者(ペンローズって名前の人)は考えてたりします。
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この回答へのお礼

読んだのですが、回答部分は、けったいな代物という部分でしょうか

お礼日時:2014/12/23 12:32

光は粒子でしょうか。

それとも波でしょうか。光が粒子であれば、光源の移動速度が光の速度に加算される筈です。逆に波であれば、光源の移動速度に影響されず、光の速度は一定となります。モーターボートが立てる波も、木から落ちたどんぐりが立てる波も、同じ速度で伝わります。近づくサイレンの音も、遠ざかるサイレンの音も、同じ音速で伝わります。

光が波であるとすると、それを媒介するものが必要となります。何かが真空中にあり、それが振動し波が光として伝わります。そうすると、その媒介するものが静止系となります。

逆に、物質も光も粒子であり、それらは何もない真空中を進むのであれば、どの粒子が静止しているのか分かりません。また、何もない空間の位置を考えることも出来ません。そうなると、この宇宙で絶対に静止している一点を示すことは出来なくなります。即ち、静止系はないことになります。

では、静止系はあるのでしょうか、それともないのでしょうか。
数年前に、ヒッグス粒子の存在が証明されました。ヒッグス場を物質が移動すると、ヒッグス粒子が発生します。このヒッグス粒子は、すぐに消滅すると考えられています。ヒッグス粒子は、物質に動きを止める力を加えるとすぐに消滅します。そして、また物質が動くとヒッグス粒子が発生し、物質に抵抗を加えると消滅します。この様にして、ヒッグス場を移動する物質には、常に一定の力の抵抗が掛かります。
物質は、本来光速で移動しようとしますが、動くと常に一定の力の抵抗が加わるので、光速未満の速度でしか移動出来ないのです。

この「ヒッグス粒子のプール」が静止系と考えられます。何故なら、物質はこの「ヒッグス粒子のプール」の中で加速するとGが掛かるからです。ヒッグス粒子は、「超ひも」の振動として表現されます。つまり、このプールの中は、静止している「超ひも」で満ちているのです。
光も、「超ひも」の振動として表されます。光は超ひものプールの中を波として伝わると考えてはどうでしょうか。
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この回答へのお礼

光とは何でしょうかと質問の題名欄に書きました。
前知識として、粒子や電磁波であると聞いていたので、後者の電磁波を取り出して尋ねようとしました

電磁波という3文字は、電と磁と波に分かれます

まず電磁と波に分かれて、波のように揺れているものが何かという風に尋ねると、

電界や磁界が波のようになっているものと回答を皆さんからいただきました

波になっていない電界や磁界は光ではないという風に理解します

回答欄の文章を読んだのですが、どの部分が回答なのか、わからずにいます

お礼日時:2014/12/23 12:28

ざーっとWikiで関連するところを読んできました。



物理学の歴史と産業の発展から色々と解釈の仕方を変えているようです。

ですので経緯の説明が必要と思えました。

大きくは、古典物理学、と昨今の量子論から量子力学へと進んだあたりで、

変化があるようです。

もはや日常の体験から類推できるものではなく、

私たちが観測できる概念にあてはめて理解することは難しいでしょう。

物理学者たちも、怖がりながら議論し、

ある程度あきらめてしまっており、

(とりあえず説明できないことを説明できるならば、

 直感的に把握できる日常の経験と乖離しても仕方ない)

古典時代に提唱し(一般人も理解しやすかった、高校までの物理学)た

内容と混在されることに回答をしなくなったわけです。



どうしてそうなったのか?

こういうときは歴史から調べると分かりますよ。

産業革命近辺ではニュートンが提唱した力学程度で大丈夫だったようですが、

その後溶鉱炉の研究をしていくうちに、新たな発見があり、

これらを物理的に定式化しようとして行くうちに、それまでの説明では無理になった。

(光電効果、黒体放射、プランク定数の発見)

最大のショックは、物理現象の根底は、デジタルな最小単位があり、

アナログ的に連続じゃないということのようです。

つまり波的なものは連続していますが、粒子的なものは個数がありますよね。

後者が実体であれば、0.5個分のような現象は起きず、何かの整数倍である、

デジタルな値をとります。

現実世界では色んなものがごちゃ混ぜになっていますから、

はっきりとした差としてわからないわけですが、

より分けて分解していくと、最後は何やら決まった値にしかならないと言う

性質が私たちの世界に内在していたと言う事です。

光に関して有名なのは、波の性質(大分前から知られていた)と光電効果と呼ばれる

粒子の性質(双方がみられる)現象らしいです。

ここから、これは光だ、これは電気だ、これはxxだと言う考え方に疑問が生まれます。

本当は、波の性質をもつ粒子と言うのが一つだけあり、

昔はそれをしらずに、粒子と波を分けて捉えていたのだと考え直したわけです。

(量子の発想)


以下たとえ話で進めますね。


鈴木君と言う人がいて、

この人が普段関西弁をしゃべっているので、

周囲の人は関西出身だと決め付けて思い込んでおりました。

ところがこの人が標準語をしゃべるのを見て驚いた?

さてこの人は、関西出身なんでしょうか? 東京出身なんでしょうか?

出身地と彼を結びつける意味はありませんよね。

光が波の性質をもつので、波としていた時代があり、

光が粒子の性質を持つので、波と粒子のブレンドだとする人もいます。

それよりも、関西弁と標準語をしゃべる出身が不明な鈴木君。

というほうがより現実的ですよね。

光が波か粒子かを論ずるのは、鈴木君をないがしろにして、

みんなで鈴木君の出身地を論じるくらい無駄なことです。

そんなことはやめて、もっと鈴木君について良く知り、何がしかそれを使って

彼と上手くやったほうがいいですよね。

という話に進んだようです。

現代では、関西だとか東京だとかを決めることは辞めて、

鈴木君がどういう人なのか、鈴木君を観察することにしたいうことです。


他にも鈴木君の友人がおり、会話のイントネーションが似ており、行動も似ている。

この人達は斉藤一派と名をつけていたんですが、

良く考えると、

斉藤君と佐藤君しか知らないので、”斉佐”とか言葉をつくっていました。

(電磁力のめいめいと同じです)

どうも鈴木君も彼らの友達らしく、鈴木君は”斉佐”であると言い出した人がいます。

さらに仲が良いだけではなく、親戚であり祖先が同じらしい。

こんなことがあり、

何かしら良い名前をつけられないか?と考えるようになりました。

そこで鈴木君については、特別に鈴木君の仕事から名前つけようと思ったんです。

どうも鈴木君がいるときだけ、斉佐では関西弁が盛り上がる。

そこで今後鈴木君を鈴木君と呼ぶのはやめて、

”鈴関”とよび、”斉佐”一派の関西弁を覚醒させる性質があるとしたんです。

(”光子”ですね。素粒子の世界では、電磁気力を媒介するといわれています)

ここにインスピレーションを得て、他にも特定の話題や方言を活性化させる人物

がいるのではないか?

そこでそうした人の名前を先に考え、他のグループも観察することにしたんです。

すると鈴木君に相当する人物が確かにいたんです。

(素粒子の発見と実験)

いまでは、日本全国都道府県の個別の出身をどうこう言うのが面倒なので、

4つくらいのグループにわけようとしています。

(電磁気力、弱い核力、強い核力、重力)

さらに日本全国の出身も曖昧になってきていますよね。

何時まで関西にいたから関西出身と言うのでしょうかね。

そのときに誰かにとって関西出身の人に見えても、実際は分からないとしたわけです。

どうせ分からないなら、皆が思う空想の関西人を先に定義し、

これと似た人を関西人としてしまう逆転の発想がありますよね。

非常に乱暴です。すでにこの段階で、理解が出来なくなっても仕方が無いですよ。

その上で、この空想の関西人が多く住むあたりを分布で示し、

そこを関西と呼べばいい。そうすれば矛盾が起きない。

これも乱暴ですね。

今の物理学はこのように発想を改めたので、多くの問題が解決できる様になりました。

(不確定性原理)

さらに属性が関西人でも関西力を発揮していない状態があり、

彼らが安心して関西力を発揮するためには、媒介となる人物が必要とわかりました。

さきほどの鈴木君です。

他のグループでも彼と似た性質の人物を、とりまとめ、命名しなおしたのです。

(基本相互作用:

 電磁相互作用は光子、原子核を作る力はグルーオンという素粒子、
 素粒子間に働く弱い力はウィークボゾン、重力は重力子

 これらは物理現象を引き起こす力の伝達をする素粒子とされています)

ここに至るまでは考え方を変えたりするため、議論も華やかだったそうです。

長くなりましたが、

考え方を変えて名前をつけなおし、

私たちが現実世界で観測可能な体験とは分離しています。

そのため誤解があり、その言葉からイメージしてしまうと捉え切れません。


振動数と言う言葉はすでに何かが揺れているという解釈ではありません。

波長と言うのも同様です。

波の解析に使われていた考え方を導入していると言う事です。

現代では、光やその他の物理現象の要素を、一つのモノや一つの場所として特定する

ことを諦めており、そう取り扱いません。

広範囲に広がる関数の様な物として扱っています。

この関数が重なり合い、あるときある場所では、相互の性質が重なるため、

これにしたがって物理現象が生じると言う発想です。

この関数を発生させる原因となるものを、物質の素、もしくはそういう何かとし、

これの影響範囲を場としています。

これの中心に何かがあるとして探すのは無理であるとし、

その影響範囲のみを認知する(予測する)方向になっています。


例えば、

池の水面が揺れているのは、何かしか力が働いています。

これを観察して大方波の性質に見えたらば、波の性質を適用して次を予測する。

ですが、波の性質に見えているだけで、他の影響もありますよね。

水面が揺れているだけであり、波という何かが存在しているわけではありません。


つまり電磁波も私たちが日常見る”波”ではなく、電磁波と命名された何かです。

物理で言うところの光も同様です。

「~という現象を引き起こすルールがあるらしい」

を説明するために、日常の言葉から名前を作っただけです。

名前から性質をイメージすることは全く意味が違ってしまいます。

これらを数式で表現し、(現実世界で必要となったとき)、パラメータを与え、

自分たちが必要としている値を算出するためだけのノウハウです。


この様に物理世界は観察された事象を説明することが優先されており、

説明できない何かを上手に説明するために、新しい発想を取り入れているようです。

ここで勝手に命名し、勝手に数学を導入しています。

数式と同じ現象が見られた場合、大方正しいだろうとする風潮が今は主流です。

(数式に限界があると、数学を進化させ、新しい数式を作っている)

例えば、関西弁をはなしたり、標準語を話したりする人を、

たまたま物理学者が”芸人”と読んだとします。

この”芸人”にどこ出身なのか?芸暦はどうなのか?と聞いたとしても、

命名の理由が違いますから、考えても仕方がないですよね。

光に対して、色は何なのか?、明るさはどうなのか?

は聞いても意味があります。

しかし、光を波とした上で、波についての話をしても正しくないわけです。

(鈴木君を関西人とか芸人とかしたうえで、芸暦を聞くのに等しい)

何かがゆれているので光を波としたのではありません。

揺れている何かを観測して波とし、波が持つ性質を持っており、

一部ここでの公式が活用できたのが光です。



現代の物理学は物質の素、宇宙の法則を理解することで必死であり、

素人に説明をする余力が無く、「ちと待ってくれ」と言っているように思えます。



以上、ご参考に成れば。
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この回答へのお礼

ありがとう

お礼日時:2014/12/23 12:15

>物理素人です



freeforvirus さんのバックグラウンドとか
年齢もしくはこの疑問が生じた背景も記載していただければ
適切な回答がつくかもしれません。

高校で物理を学んでいれば出ない質問のようにも思えます。

>まず、電磁波は、何か が波のように揺れているのですか、その何かとは 何ですか

電界、磁界であり、空間のエネルギーとなります。

> その波の幅は短くなったり長くなったり変化しえますか

波の幅という日本語が理解できません。
波長であれば、伝播する媒質によって変化します。

> その波の振動頻度は高くなったり低くなったりしますか

振動頻度という日本語が理解できません。
周波数という意味であれば、変わりません。

ただし、光を発生する物体もしくは受信する観察者が移動すれば、周波数は変わります。


>振動しなくなったときは、何が振動しなくなったのですか

最初の質問と同じ
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この回答へのお礼

電磁波とは、波のように揺れている電気や磁気ではなくて、波のように揺れている電界、磁界と読めばよいですか

波長は、一定ではなく、伝播する媒質により変化しうる、でも周波数は変わらない

揺れた、揺れていないの主語は、電界と磁界。

お礼日時:2014/12/23 12:14

違う!



わかりやすく言えば

こだまよりは早いが
のぞみより遅いもの
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Q光とは何でできていますか、光はなぜ進むのですか

光は、波と粒の性質があると聞きました。光は、素粒子のひとつですか。

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)。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)

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。

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>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)

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>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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なんだか、光の粒子性質とか持ち出して、どんどん話を複雑にして、話をはぐらかしている気がしますが、電磁波(光)が媒体を必要としないことを説明するだけなら、そんな複雑なことは必要ありません。

そもそも、波とはなんでしょう?
たとえば、水の波は、
・まず、水の一部が何かの力で持ち上げられると、これによって水は位置エネルギーを得ます。
・次の瞬間、水は下へ流れ落ち、これによって周囲の水が押されて横へ流れ、運動エネルギー(速度のエネルギー)に変換されます。
・運動エネルギーは周囲の水を押し上げ、再び位置エネルギーに変換されます。
このように、水の波は位置エネルギーと運動エネルギーの相互変換を繰り返して、周囲へと広がります。

電磁波(光)の場合も、電界は磁界を生み、磁界は電界を生む、という電気と磁気の性質によって、エネルギーの相互変換を繰り返して伝わります。
波の伝搬で重要なのは、媒体があるかどうかでなく「相互変換可能な2種類のエネルギーがあるか?」なのです。

それから、私の回答へのお返事についてお答えすると
>電気における+と-を「原子から電子が抜け落ちた状態」と「電子そのもの」と認識していますが
それは、電気の本来の形であって、電気の性質ではありません。
絵の具で絵を描く時「赤の絵の具の分子構造は・・・」などと考えることはなく、「赤の絵の具は燃えるような色」という絵の具の性質だけを考えるはずです。性質を生む元は絵の具の分子構造ですが、それを利用する時まで本来の形について考える必要はありません。

なんだか、光の粒子性質とか持ち出して、どんどん話を複雑にして、話をはぐらかしている気がしますが、電磁波(光)が媒体を必要としないことを説明するだけなら、そんな複雑なことは必要ありません。

そもそも、波とはなんでしょう?
たとえば、水の波は、
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・運動エネルギーは周囲の水を押...続きを読む

Q光速度が不変なのには理由があるのでしょうか?

光速に関する素朴な質問です。

1.なぜ光速度は不変なの?
 光の速度はいかなる理由によって不変と決まっているのでしょう。
 方程式を解くように論理的に説明ができるのでしょうか?
 それとも実験結果を受け入れているだけですか。
2.本当に光速度は不変なの?
 空気、真空、水の中でも進む速度は同じですか?
 光が水に入ると屈折しますが、これは速度が変化しているのではありませんか。
 AからBに向かう光の渦の中をBからAに向けて発射された光は遅くなりませんか?
 光に邪魔(干渉)されて遅くなる気がするのですが。
3.どうして遅くならないの?
 光速に限界があるのは、光子に質量があるためと理解しています。
 しかし、遅くすることは可能なのではないでしょうか?
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 波動の性質を変えたりできませんか?
4.電磁波の進む速度は?
 光は電磁波の一種、可視光線だそうです。
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5.時間が進むのは一定であるという前提で相対性理論はできませんか?
 相対性理論は、光速度が不変であると仮定して成り立っています。
 だから時間の進み方が早かったり、遅かったりします。
 逆に時間が進むのが不変であるという仮定して、新相対性理論はできませんか?

光速に関する素朴な質問です。

1.なぜ光速度は不変なの?
 光の速度はいかなる理由によって不変と決まっているのでしょう。
 方程式を解くように論理的に説明ができるのでしょうか?
 それとも実験結果を受け入れているだけですか。
2.本当に光速度は不変なの?
 空気、真空、水の中でも進む速度は同じですか?
 光が水に入ると屈折しますが、これは速度が変化しているのではありませんか。
 AからBに向かう光の渦の中をBからAに向けて発射された光は遅くなりませんか?
 光に邪魔(干渉)...続きを読む

Aベストアンサー

 物理学は、自然界で見られる現象に対して法則を見つけようとする学問です。そういった法則の中には、もっと基本的な法則から理論的に導かれるものもあります。そうやって整理していくと、最後には、他の法則からは導くことができない基本法則だけが残ります。その基本法則は、観測によってのみ、根拠を与えられます。
 質問の主旨は、光速度が不変であることは、基本法則なのかどうか、ということだと思います。ローレンツは、他の法則から光速度不変を説明しようとして、ローレンツ変換の式を求めました。ローレンツが考えたのは、物体がエーテル中を運動すると、エーテルとの電磁気的な力によって物体が圧縮され、長さが縮むので光の速さに差が出てこないように観測される、というものでした。これに対してアインシュタインは、光速度不変が基本法則であるとしました。その仮定に基づき、ローレンツ変換の式を求めました。考え方は違いましたが、求められた変換式はどちらも同じものでした。
 得られた変換式はどちらの考え方でも同じです。そうすると、どちらの考え方が正しいと言えるのでしょうか。歴史的に見れば、アインシュタインの考え方が受け入れられたようですが。
 真空以外の媒質中では光の速度は遅くなりますが、それはマクロ的に見た場合です。例えば水中を光が動く場合、水の分子と分子の間は真空ですから、そこの間は真空中の速度で動いていますが、分子によって光が吸収、放射され、マクロ的に見たとき、速度が遅く観測されます。通常、光速度不変という場合は、真空中での光速度を言うようです。ここでひとつ注意しなければならないことは、真空中の光速度が不変という場合、重力場ではない、という条件が必要です。重力場内では、光速度は遅くなります。したがって、質問者さんの、光の速度を遅くするのは可能か、に対しては、重力場を通せば遅くなる、と言えます。
 最後に光子の質量についてです。光子に質量があるというのは間違いですが、ないというのも間違いです。正しくは、光子の質量は定義できないし、定義する必要もない、です。光子の質量はゼロである、という話はよく聞きますが、これは静止質量のことを言っています。これまで他の方々が説明されておりますように、光の速さは一定であり、静止することはありません。したがって、光子の静止質量に意味はありません。

 物理学は、自然界で見られる現象に対して法則を見つけようとする学問です。そういった法則の中には、もっと基本的な法則から理論的に導かれるものもあります。そうやって整理していくと、最後には、他の法則からは導くことができない基本法則だけが残ります。その基本法則は、観測によってのみ、根拠を与えられます。
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Q吸光度と透過率

 早速質問させていただきたいのですが、吸光度と透過率にはどのような関係があるのでしょうか?ランベルトベールの法則を利用すると言うのはわかるのですが、吸光度は透過度の逆対数であると理解しているのですが、どう関係しているか分かりません。教えてください。

Aベストアンサー

私も時々分らなくなることがあります。苦手のひとつですね。分光計で考える良いと思います。試料溶液と溶媒単独を同じ光源からのそれぞれ通過させ、溶媒単独と通過してきた光の強さ(光電管の電圧)I0 と試料溶液を通過してきた光の強さ(光電管の電圧)Iとして、縦軸に光学密度(吸光度とも称されます)log(I0/I)又は透過率(I/I0)、横軸に波長又は波数のチャートが得られます。それ故、吸光度は透過率の逆数の対数になりますね!

Qなぜ光は反射するの?

 例えば、鏡に光が入射したとき、光は反射されますよね。それは、原子レベルでその現象を見たときどのような現象が起きているのですか?
光が入射することによって、その光を受けた鏡面では微視的に見ると何が起きて反射しているのでしょうか?光子の話や鏡の原子構造の話とかで説明できるのでしょうか?
 
 もうひとつ質問なのですが。
 例えば、木材に光を入射した場合と鏡に入射した場合とでは、反射光の光の強さ?が異なりますよね。これは、光子エネルギーが吸収されたり、なにかしら失われることによって説明できるのでしょうか?

 なんだかふと疑問に思ったので、どなたか教えてください!!宜しくお願いします。

Aベストアンサー

物性は専門でないので、不正確だったりあいまいな箇所があると思いますが、分かる範囲で説明してみます。

原子で光が散乱されるのはご存知ですか?
イメージ的には、No.1さんがおっしゃったようにボールが硬いものにぶつかって弾かれた、ということになります。
固体の中でも同じことが起きます。
X線の回折実験というのが高校物理で出てきます。X線が原子にあたると、跳ね返されてくる、というやつです。

もっとエネルギーが下がって、紫外線くらいになるとちょっと話は違ってきます。
何が起こるかと言うと、単純にカーンと弾かれてくるのではなく、光が吸収される現象が起きてきます。有機化合物なら、ベンゼンなどは紫外線を吸収しますね。
もうちょっとエネルギーが下がって可視光でも状況は同じで、光の吸収が起こるために色素は着色してきます。
木材も、中身は多種多様な有機物の塊で、光の吸収が強く起こります。

では金属と木材の違いはなんなのか?
金属の中身は、有機化合物のように個々の分子が詰まっているのではなく、いわゆる金属結合といって、自由電子が金属イオンの詰まっている中を飛び回っている状態です。
これは、電子が分子やイオンの中にとらわれている有機化合物および塩の中身とは大きく異なった状況です。
電子はかなり好き勝手に飛び回ることができ、その性質は電子が何も無い空間を気ままに運動しているというかなり乱暴に思えるモデルで、よく表すことができます。
細かいことは省きますが、金属が可視光を強く反射するのは、この自由電子のおかげです。外からやってきた光(可視光)によって、自由電子の”気体”が揺り動かされ、光は反射されます。

有機化合物でも金属光沢を発するものがあります。
パイ共役化合物といって、分子内をある程度自由に動くことのできる電子(パイ電子)を持つ化合物があります。分子をうまく設計すると、固体状態で分子同士のパイ電子が相互作用し、電子が固体全体を運動できるようになります。すると、上述した自由電子と同様の状況となり、炭素や窒素、硫黄などでできた化合物なのに金ぴかになったりします。

白川先生がポリアセチレンでノーベル化学賞をとられましたが、あのようなパイ共役高分子は半導体的な性質を持っており、ちょっといじってやると金属光沢を発します。

物性は専門でないので、不正確だったりあいまいな箇所があると思いますが、分かる範囲で説明してみます。

原子で光が散乱されるのはご存知ですか?
イメージ的には、No.1さんがおっしゃったようにボールが硬いものにぶつかって弾かれた、ということになります。
固体の中でも同じことが起きます。
X線の回折実験というのが高校物理で出てきます。X線が原子にあたると、跳ね返されてくる、というやつです。

もっとエネルギーが下がって、紫外線くらいになるとちょっと話は違ってきます。
何が起こるかと...続きを読む

Qそもそも「時間」とは何なのでしょうか?

「時間」に関する素朴すぎる疑問に答えていただけると幸甚です。

1.時間と空間は表裏一体のものですか?
  たとえば、電磁波における電場と磁場のように。
2.時間にエネルギーはありますか?
3.時間は波動のようなものですか?
  波動やエネルギー、原子、素粒子といったもので説明できないものなのでしょうか。
4.現在・過去・未来は同時に存在していますか?
  現在からみて、1年前、1年後の世界というのは別空間、別次元等に存在しているものなのか。
5.時間は現在から未来へ進みますが、それを進ませる推進力は何でしょうか?
  エントロピーの法則と関係がありますか。
6.時間はどうして止まらないのか?
  相対性理論によれば、時間は伸び縮みしますが、
  光速ロケットに乗っている本人の時間は変わらないですよね。
  本人時間で1年経てば、一年歳を取るというふうに。
  ずっと動いているわけで、止まるということはないのでしょうか?

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>7.どうして時間についてよくわからないのか?

 物理学的には、時間は「数学の変数として扱えればいい」からです。ちなみに相対論以降、空間と時間は不可分です。

 重力も、その振る舞いについては研究しますし、4つの力(重力、電磁気力、弱い力、強い力)が宇宙誕生初期には一つにまとまっていたころまで遡って理論化しようともしていますが、重力、あるいは4つに分離した力、さらにはそれらを一つにまとめた力が、どうしてあるかについては無頓着です。

 時間そのものが、物理学的に分かっていないのは、分かる必要が無いから、誰も調べていないのです。

 それでも時間の振る舞いについては、物理学的な事象として最小の時間である、プランク時間があることは分かっています。これは、物理学的事象が連続したアナログではなく、離散的なデジタルであることを意味します。

>8.静止している人と光速移動している人とに流れる時間は同じか?

 それは特殊相対論で答えが出ています。互いに違います。光速度未満でも、相対速度が0でなければ、それぞれ違う時間になります。

> 速度0の人と、速度Aで移動している人に流れる時間は同じだという証明はされていますか?

 特殊相対論的、一般相対論的に異なるという証明がされています。

> 地球上で流れる(過ごす)時間と、宇宙の果てで流れる(過ごす)時間に違いはあるか?

 曖昧なご質問ですが、原則として同じようなものです。しかし空間が膨張しているため、厳密な定義は難しいでしょう。ここでも時間と空間が不可分なことが影響します。

>9.時間にゆらぎがあるのか?

 ありません。物理学における「ゆらぎ」とは、何らかの物理量について、時空的(時間的、空間的)な平均値からの変動のことです。時間をも元にしてのものですから、時間そのものの揺らぎは考えません。

>10.時間のない世界はどんな世界?

 ビッグバン宇宙の始まる以前の世界です。基本的には、無でしょうね。

 ホーキング博士の考えでは、もし本物のブラックホールがあったら、その特異点では時間がないとのことです。時間が無いけれど、あらゆる可能性を持った量子的な何か。

 またホーキング博士は、時間を複素数で考えると、ビッグバン宇宙の始まる以前と滑らかにつながり、時間はずっとあり続けるという仮説を述べています。

> 想像もできないのでしょうか?

 (実数)時間ない世界はホーキング博士の提唱している世界ですが、その数式をイメージできる人はいないでしょう。発案者のホーキング博士でも、喩えですら説明できていません。
 そもそも、その元となる量子力学がイメージを拒絶しているということはありますが(量子力学の名言に「量子力学が分かったと思えたら、それは量子力学が分かっていない証拠だ」といのがあります)。

> そこには空間も存在しませんか?

 しません。時間停止の世界なら空間は存在し得ますし、そもそも物理学では「時間を止めて」記述することも多いのです(特に量子力学)。時間の無い世界だと、空間もありません。

> 深海魚が水のない世界を想像できないように、人間は時間のない世界を認識できないのでしょうか?

 深海魚の喩えは合わないです。時間停止の場合、それは時間停止の世界を見るこちら側の認識で、時間停止世界の住人からすれば、普通に時間は流れています。
 その時間もないとなると、空間も消滅し、当然ながら物質も何もありません。それをどう認識するかは、個々人の問題かもしれません。

>11.ミクロの世界の時間とマクロの世界の時間に違いはあるか?

 特に違いはありません。

> 素粒子の世界では因果律は破られており、時間は逆行しているのではないですか?

 反物質は、物理学理論的には、普通の物質の時間を逆転したものです。素粒子的にはそうなんですが(素粒子であるため情報は運べない)、それがマクロの物体になったときどうなのかは、今のところはっきりしない部分があります。

>12.時間はあらゆる物理的物体から独立している?

 いえ、時間と空間は不可分です。そして、空間は物質(エネルギーと言い換えたほうが正確)と不可分です。

> 時間は速度、重力、熱などのものから独立していると証明されているのか?

 独立していないと証明されています。

>13.ひも理論と時間
> ひも理論では多くの次元が存在するそうですが、多次元になっても時間は変わらないと考えられているのでしょうか?

 物理学理論は、空間的には3次元に限定されません。さすがに0次元には適用できませんが、1次元でも4次元でも、それ以上のn次元でも適用できます。ただし、空間3次元以外の世界は無いため、実験・観測事実はありません。
 ただし、時間を2次元以上にすることは、理論的に成功していません。もちろん、実験・観測事実もありません。
 超ひも理論で空間が4次元以上とされていますが、観測可能な、この宇宙の空間3次元以上の、高次元空間は、コンパクトに折りたたまれていて観測できないと考えられています。もしかすると、数学的都合のためだけの便法であるかもしれません。

 この4次元時空でも、CPT対称性(チャージ、パリティ、時間がセットになった対称性)というものがあり、そのうち二つが一時的に破れてもいいとされています。そのとき、残った一つが二つの破れを補うように破れます。つまり、三つセットでは安定しているということです。しかし、時間だけ見れば、それが常に安定しているとは限らないということでもあります。

 さらに、21世紀に入ってから、三つセットで対称性が破れる可能性が示唆されています。これは、いろいろな物理学理論の基礎であるローレンツ対称性をも破ることになるため、注目されているようです。

 そんな問題山積の状況です。ぼんやりと「時間って何だろう?」と考える暇すら、物理学にはありません。

>7.どうして時間についてよくわからないのか?

 物理学的には、時間は「数学の変数として扱えればいい」からです。ちなみに相対論以降、空間と時間は不可分です。

 重力も、その振る舞いについては研究しますし、4つの力(重力、電磁気力、弱い力、強い力)が宇宙誕生初期には一つにまとまっていたころまで遡って理論化しようともしていますが、重力、あるいは4つに分離した力、さらにはそれらを一つにまとめた力が、どうしてあるかについては無頓着です。

 時間そのものが、物理学的に分かっていないのは、...続きを読む

Qイデオロギーって何ですか???

イデオロギーとはどんな意味なんですか。
広辞苑などで調べてみたのですが、意味が分かりません。
どなたか教えてください。

Aベストアンサー

イデオロギ-というのは確かに色んな解釈をされていますけど、
狭義ではそれぞれの社会階級に独特な政治思想・社会思想を指します。

つまり分かりやすく言えば、人間の行動を決定する根本的な物の考え方の
体系です。一定の考え方で矛盾のないように組織された全体的な理論や思想の事を
イデオロギ-と言うんです。

例えば、人間はみんな千差万別であり色んな考えを持っています。
だから賛成や反対といった意見が出てきますね。
しかし、イデオロギ-というのはみんなが認める事象の事です。
イデオロギ-には賛成・反対といった概念がないのです。

例えば、環境破壊は一般的に「やってはいけない事」という一定の考えに
組織されています。つまりみんなが根本的な共通の考え(やってはいけない事)として組織されているもの、これがイデオロギ-なんです。
しかし、社会的立場によってはその「やってはいけない事」を美化して
公共事業と称して環境破壊をする人達もいますけど。
ここでイデオロギ-という概念に対して色んな論説が出てくるわけです。
一応これは一つの例ですけど。

というかこれくらいしか説明の仕様がないですよ~~・・。
こういう抽象的な事はあまり難しく考えるとそれこそ分からなくなりますよ。
この説明で理解してくれると思いますけどね。

イデオロギ-というのは確かに色んな解釈をされていますけど、
狭義ではそれぞれの社会階級に独特な政治思想・社会思想を指します。

つまり分かりやすく言えば、人間の行動を決定する根本的な物の考え方の
体系です。一定の考え方で矛盾のないように組織された全体的な理論や思想の事を
イデオロギ-と言うんです。

例えば、人間はみんな千差万別であり色んな考えを持っています。
だから賛成や反対といった意見が出てきますね。
しかし、イデオロギ-というのはみんなが認める事象の事です。
イデオ...続きを読む

Q光って何ですか?

最近ふと思ったのですが、
光って何なんでしょう。
光って物質じゃないですよね?
それで、ものすごい速さで前に進むし、
熱も持ってて、よく考えてみると、わけがわからないことになってきたので、
質問しました。
よろしくお願いしますっ。

Aベストアンサー

電磁波(光)一般にいてアドバイスを申し上げます。
忍耐力でどうぞご理解下さい。
この世の中には電気を伝える物、と伝えない物、半分伝える物、つまり導体と半導体と絶縁体の三つがあります。
よく有線放送と聞きますが有線放送は放送局から家庭まで電気が通る線により電気信号を送る物です。
しかしこの世の中には有線とは逆の事があります。
それが無線です。
無線は読んで字のごとく「線」が「無」と書きます。つまり何かしらのかっこうで私たちが住んでいる「空間」に何も無いのに電気が流れる(伝わる)現象です。
実はこの空間に電気が流れる現象を電磁波と呼びます。
では何故何にも無い空間に電気が流れるのか?ですが、電気が流れるとその周りには磁場が発生します。逆に磁石がゆれている所では電気が発生します。これは発電機とモータの原理を思い浮かべると分かると思います。
電磁波は最初論理的に「マックスエル」によって予言されました、上記にもあるように電気が流れると磁石が、磁石が動く所では電気が流れます。磁石と電気は表裏一体と考えて下さい。
まず電気(交流)を流すとその周りには磁場が出来ます。
磁場が出来るのであればそのとなりに電場(電気)が出来ます。電場があるならそのとなりに磁場が、磁場が出来るならそのとなりに電場が・・・・と言った事を空間で繰り返す、それが電磁波の正体です。
マックスエルはその電磁波が光と同じ速さで伝わると計算しました。そして電磁波と光が伝わる速さが同じであれば電磁波と光は同じでは?と考えたのです。
科学は、とりわけ物理では理論だけでは出来た事になりません、実験で証明しなければならないのです。
マックスエルの言っている事が正しいなら実験で証明できるはずです、その実験で電磁波の存在を証明したのが「ヘルツ」です。ヘルツの実験で電磁波の存在が証明されました、つまり線が無くても電気が空間を伝わるのを証明したのです。20世紀になり周波数により電磁波は「電波」「マイクロ波」「赤外線」「可視光線(光)」「紫外線」「X銭」「ガンマ線」と分ける事が出来ます。光は電磁波の一部です。
光と電磁波は「波である」と言う性質があり波特有の「回折」と「干渉」という現象を起こします。
可視光線は目で観察できますがそれ以外は人間の目では見えません。
AMラジオで音で確かめる事が出来ます、AMラジオの雑音はみんな光の仲間である電波です。自然界から出る電磁波を拾っているのです(FMも同じです)。
さらに光(電磁波)は波でもあり粒子でもあります、今日では両方の性質をあわせもっているとなっています。
以上イメージし難い物もありますが、光(電磁波)をまとめると、

 1)電磁波とは電気と磁気の波である
 2)電磁波には種類がありその中で可視光線(光)がある

となります。
まだ未解決な所や新しい電磁波の発見(「進まない光」など)があります、量子論や相対論などにもつながって行きますが根気良く本などを買って知識を深めると面白いですよ。
最近、電磁波問題などとあおる本やサイトが存在しますが、なかなか電磁波とは何か?とりわけ光とはなんなのか?正しい情報を書いた本が無いのが一般の人に対する電磁波の知識を満たさない物が多いと思います。
参考書としては「ナツメ社」の図解雑学シリーズをお勧めいたします。検索でナツメ社と探してみてはいかがでしょうか。
※間違い勘違い文法ミスがありましたらゴメンなさい。

電磁波(光)一般にいてアドバイスを申し上げます。
忍耐力でどうぞご理解下さい。
この世の中には電気を伝える物、と伝えない物、半分伝える物、つまり導体と半導体と絶縁体の三つがあります。
よく有線放送と聞きますが有線放送は放送局から家庭まで電気が通る線により電気信号を送る物です。
しかしこの世の中には有線とは逆の事があります。
それが無線です。
無線は読んで字のごとく「線」が「無」と書きます。つまり何かしらのかっこうで私たちが住んでいる「空間」に何も無いのに電気が流れる(伝わ...続きを読む

Q真空中で光が伝わる理由

音は真空中では伝わりませんが、光が真空中でも伝わるのは、なぜなのでしょうか?

ネット等で調べてみたのですが、難しく書かれていてよくわかりません。

Aベストアンサー

むずかしい質問ですね。でも、結論を言えば、真空は光を伝える性質があるからです。光は電磁波ですよね。電磁波は電場と磁場の波動です。
真空中で磁石のN極とS極は引き合います。また、正負の電荷も真空中で引き合います。ですから、電場と磁場は真空中でも伝わるということです。言い換えれば、真空は電場と磁場を伝える性質を持っているということです。でも、なぜ、真空はそんな性質を持っているのでしょうか。その疑問には誰も答えられません。この種の疑問は、物理学ではなく、哲学のカテになります。
同様に、「重力はなぜ真空を伝わるのでしょうか」の疑問にも答えることが出来ません。「そういう性質があるから」としか答えようがありません。なんか、説得力に欠ける回答ですが、しかたありませんね。


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