光についての質問

質問

高校生です。光について疑問があるので教えてください。

(1)光は質量を持っていますか。
(2)光は大きさを持っていますか。
(3)光は粒であり、波と勉強しました。
　　光――――――→
　　光――――――→
　　光――――――→
光は、上のような光線として描かれることがありますが、
この直線を無限に分割していったら(あるいは、無限に拡大していったら)何が残るんですか(存在するんですか)。

1つでもいいので、お願いします。
何度も質問し返すかもしれませんが、宜しくお願いします。

回答No.2

foobar · ベストアンサー

光は空間(電磁場)中を伝わる波動（電磁波）かと。
1. 質量
通常使う意味での質量(静止質量)は0です。
相対論的な質量(全エネルギーと等価なもの)だと波長に対応したある値を持ちます。

3．光を小さく分解していくと
あるエネルギーをもった光子まで分割できるかと思います。

お礼

回答して頂きありがとうございます。数点疑問があるので、よろしければお答え願います。

＞1.
光が電磁波だとすると、光の強さはどのように定義されるのでしょうか。エネルギーの大小でしょうか。また、エネルギーが0のものは光と呼ぶのでしょうか。

>3．
波というと、数学的に連続なイメージがあるのですが、
有限になってしまうのでしょうか。
あと、分割できるということは、2.で大きさがあるということになるのでしょうか。

補足

＞1.の質問はNo.3様の回答の中で解けました。
お騒がせしました。

>3．のほうをお願いします。

回答No.4

foobar

「波というと、数学的に連続なイメージがあるのですが、
有限になってしまうのでしょうか。」
このあたりに関する説明は#3さん紹介のページによくまとめられていたかと思います。
(簡潔にまとめられているので、当該ページを出版した書籍を注文しようかなと思ってます。)

回答No.3

kotaede-su

光は電磁波であって　電子の振動ではない
電子の振動により　電磁波を生起させることは　可能だが
電子の振動そのものではない

（１）モノではないから　質量は持たない
しかし　波長に応じた　エネルギーは有する
それを結び付けるのが　有名な
プランクの関係式

（２）大きさと言う概念を　どう定義するかだが
光を粒（光子）として　とらえた時
その粒１個の　物理的な寸法
たとえば　何ナノメートルといったものは
考えようがない（とされている）
しかし粒の集合体として　捉えた時
粒の数に当たる概念として
「光の強度」というものを　考えることはできるし
実際に　測定することもできる

（３）無限に分割していったら　最後は粒になる
例えば水の流れでも
→を使って　描くことはできるが
それをどんどん　細かく分割していったら
最後は　水分子１個になって　それ以上は分けられない
光も　巨視的に見れば「光の束」だが
どんどん　分割すれば　光子１個になる

光における　粒子と波の　二重性は
非常に面白い問題なのだが　常識とは懸け離れているので
すぐに理解をするのは　難しいかも知れない

とりあえず　下記のページが分かりやすく
読み物としても面白いので
一度　読んでみては。

http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld/Part3/Part3.htm
http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld/TheEnd/TheEnd.htm

参考URL：

http://www.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld/Part3/Part3.htm

お礼

回答・参考URLありがとうございます。
(1)質量はないのですね。
(2)(3)僕の考える大きさは、数学的な意味での大きさです。
物理的に光子の大きさが考えられないというのが、非常に不可解なところですね。

気になるのですが、光子は、粒であるとのことですが、光子は何でできているのですか。

回答No.1

spring_f

ものすごく簡単に説明します
光は電子の振動です
ですから・・・
１）質量を持ちます
２）大きさがあります
３）光の最小単位は電子１個の振動する幅で決まります
　　電子は粒であり、振動は波と同じです

とはいっても実感しにくいのが正直なところだと思います
光は専門的には量子力学、電磁気、光学の主に３種類の学問で議論されています
量子力学は原子と電子の構成物として
電磁気は光は電子の振動なのでラジオとかの電波と同じ性質を持つので
光学は光特有の性質について議論しています。たとえばレンズとか・・

お礼

他の方とは少し違いますねぇ・・・。
とりあえず、その学問をあさってみます。
ありがとうございました。