電子と光子、水中ではどちらが速い？

質問

真空中では光子が電子より速いそうです。水中では？

ちなみに銅線内では、電子は大変遅いようです。

回答No.3

QCD2001 · ベストアンサー

電子は外部から力を加えることにより、いろいろな速度で運動することができます。
一方光子は一定の速度で進みます。物質中では電子などの荷電粒子と光子が反応することで、光子の速度は真空中での速度より遅くなります。その速度は、媒体である物質による一定の速度です。
電子は外部から力を加えることにより、歩くより遅い速度で運動することもできますし、真空中の光速度のすぐ手前の速度に達することもできます。
水中では光は真空中の約0.75倍の速度になります。電子は歩くより遅い速度にもなりますし、真空中の光速度に近い速度になることもできます。
水中で歩くよりも遅い速度で運動している電子は、光子よりも遅いですし、真空中の光速度に近い速度で運動している電子は、水中の光子よりも速く進むことになります。
電子の速度は、遅くも速くも変化させることができるので、「水中では電子の方が速い」と言い切ってしまうのは間違いです。「速くなることができる」が正しいです。

回答No.4

QCD2001

＞水槽内で青いチェレンコフ光が発生するのは電子が光子を追い越すから、との意見を散見しましたが、

そんな間違ったことを書いた覚えはありません。電子自身が出した光子が元の電子に追いつくことができずに、置いてきぼりになるため、その光子が外部に出てゆくことになる。と書きました。
飛んでいる光子を電子が追い越すなんてことを書いていません。もう一度文章をよく読んでください。勝手に間違った解釈を付け加えないでください。

お礼

超音速旅客機や超音速戦闘機が自らのエンジン音を追い越すのではなく置いてきぼりにするの似ている訳ですね。水中ではほぼ無數の水分子から電磁波が放出されているので、電子が電磁波を追い越していく状況はあり得ますが、個人的には水中での電子は非常に遅いと思っています。回答者様への反論ではなく、他のウェブサイトを読んでの感想なので、どうか私の国語力の低さをお見逃しを…。鋭い物理の解説をありがとうございます。

回答No.2

69015802

概念ですが、
光は伝わるのではなく進んでいきますが電気は電子を次々押し出していく感じです。例えば栓をひねればすぐホースの先から水が出ますが栓の部分の水がホースの先に届くまでは時間がかかりますよね。

お礼

導体内では軌道電子は周回していて移動せず、自由電子は押し出されて移動し続ける感じでしょうか。ありがとうございます。

回答No.1

ohkawa3

水の誘電率は約80と言われているので、水中の光（光子）の速度は、真空中の1/sqrt(80)≒1/8.9程度。

電子について、空中をボールが飛ぶようなイメージを描いているのかもしれませんが、これは誤ったイメージです。
導線中の電子と同様に電子やイオンが密に詰まっている状態において、一端から入った電子が、順次押し出されていくイメージに近く、速度は極めて遅いとご理解になるのがいいと思います。

電解質、イオン、移動度などのキーワードで検索すれば沢山情報が得られますので、ご自身で調査なさってください。

お礼

スーパーカミオンデ水槽内で青いチェレンコフ光が発生するのは電子が光子を追い越すから、との意見を散見しましたが、日常感覚的には水中では電子の方がずっと遅い印象を受けました。ありがとうございます。