波って何ですか？

質問

光、電磁波、音波などの波って実態はどんなのでしょうか？振動しながら進むのであれば結局波打ってくねくね蛇行しながら進んでいるのですか？疎密波＝縦波ですか？

回答No.4

YHU00444 · ベストアンサー

ANo.3さんの後半部分はネタですから、話半分に聞いてくださいね。
でまぁ、光についてはきちんと分かっているんですが、それを正しく扱うには「場の理論」の知識が必要になります。そこまで行ければ光の粒子性と波動性が明快に分かるんですが、少なくとも物理学科の4年生レベルの内容（前提として電磁気学と量子力学の理解が必要）ですので、とりあえずは疑問のままで置いてください。
※ちなみに「場の理論」の言葉でいうと、そもそも物質は（そしてあらゆる力も）量子場、すなわち、量子化（演算子化）された場であり、粒子や古典場のどちらでもないというのが正しいのです。
しかし例えば運動量を対角化すると、そこには粒子描像が現れ、エーレンフェストの定理を場の理論に適応すると、そこには古典場の描像が現れることが判ります。そういった意味で２面性を持っているという理解はおおよそ正しいのです。が、その実体は、あくまで量子場なんですね。（というのが現代物理学における理解です）

で、電磁気や音波のような古典的な場に関しては、マックスウェルの方程式や弾性体の式から波動方程式を導いて考えてやれば良いと思います。
そうすれば、たとえば電磁波については、近接する場の変動がそれぞれ対応する場の変位を生み、それがまた新たな場の変化を生むという電場と磁場の伝播のイメージが付くでしょうし、音波に関しても空気がその場で縮んだり伸びたりしている様子が想像できるのではないかと。

回答No.6

ht1914

光や電波が波であることは波に起こる現象である反射、屈折、回折、干渉が起こることで示されます。反射、屈折は粒子でも起こります。光が波であるというのは水中での速さが空気中よりも遅いということが示されて初めて確定しました。境界面から離れる方向に屈折するとき、ニュートンの粒子説であれば速くなります。ホイヘンスの波動説であれば遅くなります。回折、干渉は反射、屈折よりも後です。粒子線回折はさらにもっと後のことですから今は一緒に言わない方が良いと思います。
光が横波であるというのは偏光に関する現象から言えることだと思います。反射波では反射面に垂直な方向に偏光されています。平行な振動が吸収されるからです。２枚の偏光板を重ねて回転させると光の透過量が変わるというので示すことが出来ます。縦波であれば２枚の偏光板の相対的な角度には影響されないはずです。私は授業ではこれを見せて説明します。金属棒をすだれ状に固定したものを用いると伝播に対する偏光板を作ることが出来ます。

相対論や量子論を持ち出して話しをすると難しくなります。光が横波であるというのは相対論や量子論以前に認められていたものですから古典論の範囲で説明する方が良いと思います。

高校にある実験器具でいうと棒アンテナでの伝播発生器では棒の方向に電荷の振動が起こりますから偏光（？）しています。受信アンテナも棒のものを用いると角度によって受信強度が変化します。送信アンテナと受信アンテナの間に金属すだれを挟んでも同じようなことが出来ます。焼き肉の網のようなものを前に置くと穴が空いているにもかかわらず電波が通ることが出来なくなります。

光や伝播が横波であるというのはくねくね伝わっているというのではなく、電界や磁界の変化の方向が進行方向に垂直な方向に起こっているということになります。

回答No.5

tetsumyi

音波に関しては空気の疎密波が伝わるものです。
光、電磁波に関して相対性理論から見れば媒質があるはずはありません。
非常に個人的な見解ですが
真空とは何も無い状態で電磁波(光)は離れた所に電磁誘導で影響を及ぼしていると考えます。
ただ、時間的な遅れが生じるために観測すると波と同様な結果を得ることになります。
一定の時間にわたって広い範囲を調べると波として観測できるが
局部的な影響を観測する実験では粒子としての性質が現れると言うことでしょう。
なぜそうなるか？考え中です。

回答No.3

lv4u

>>光は光子がありますよね。横波であれば光子が蛇行して進むんでしょうか？波動性と粒子性ってどうちがうんでしょうか？

No.2さんの回答にもありますが、媒質はその場で振動（横揺れ、縦揺れ）するだけで、進行するのではありません。
ただ、現時点では光あるいは電磁波を運んでいる「媒質は無い」って説がとられています。ですので、光子の実態が何かはわからないですし、蛇行はもとより振動さえも、仮想的なものであって、それが何を意味するか？は解かっていません。

それから、波動性と粒子性は、電磁波だけでなく、電子や原子でも持っている性質です。測定器を使って実験すると、被測定物が「波」の性質を持っていると仮定したときに納得できる結果になったり、逆に「粒」と仮定したときに納得する結果になったりします。
そういう二面性があるってことです。
イメージ的に近いのは（ちょっと気持ち悪いけど）大量のミミズがウネウネしながら行進している光景でしょうね。１匹２匹って数えることもできるけど、粒子のように１点に集中しているのでなく、ある程度の幅（長さ）をもって存在している。
ミミズどうしが交わると波が交差するような挙動になって、パチンコ玉の衝突のような結果にはなんないというイメージでしょうか？

ところで、過去の降霊実験において、霊媒に死んだ人がのり移るとか、ぼんやりと人が見えるっていうのではなく、手で触れることも、髪の毛やスカートをハサミで切ることもできる「物質化」した幽霊として出現する実験が行われています。つまり、何も無いところから物質が出現することがありました。

つまり、簡単にいえば、電磁波も幽霊も物質もひっくるめて現時点では「ようわからん！」ってことです。
ソクラテスの「無知の知」ではありませんが、まだまだ世界にはわからないことだらけってことですね。

過去において、宗教（キリスト教）を切り捨てることで科学技術は飛躍的に進歩しましたが、現在では、「唯物論」という現代人の多くが信仰する宗教を捨てないと、先に進めない気がしてます。

回答No.2

rabbit_cat

＞結局波打ってくねくね蛇行しながら進んでいるのですか？
媒質は，その場で振動しているだけで進んでいません．あるところで振動が起こると，それが隣の振動を引き起こす仕組みがあると波になります．
球場のウェーブを考えてみると，一人一人は，その場で立ったり座ったりしているだけで，人が移動しているわけではないですよね．

回答No.1

lv4u

音波ってのは、粗密波ですね。スピーカーコーンの動きからも推察できます。

で、光や電波などの電磁波の媒体は、空間に充満していると仮想されていたエーテルという物質によって伝わるといわれてました。（化学物質のエーテルではありません）
この媒体を電磁波が縦波あるいは横波で伝わると考えられたのですが、イロイロあって1880年代、マイケルソンとモーリーの有名な実験で存在を否定されました。現在は、媒質としては何もないといわれてます。

ですので、電磁波は、電気磁気学等の教科書では擬似的に横波のように描かれていますが、ほんとうのところはわかっていません。

補足

光は光子がありますよね。横波であれば光子が蛇行して進むんでしょうか？波動性と粒子性ってどうちがうんでしょうか？