媒質が無くても波が存在できる理由がわかりません

質問

媒質のない宇宙空間でも波が存在できる理由がわかりません。

（１）光は横波です。媒質がないのにどうして波ができるの？
（２）宇宙空間における（媒質の無い場所で）縦波は存在できるの？

よろしくお願いします。

回答No.3

noname#24129 · ベストアンサー

なぜ光は波として伝わるのでしょか、私も疑問に思います。あれこれ考えてしまいます。

波という現象を認識するためには、媒質を構成する物体の変位が、時間によってどうかかわっているかを見るのが自然ですね。

物体が時間とともに変位するということは、見方によっては、空間も変位していることである、といえることには気付きにくいものですからね。

２つの物体が近づいているとしたら、その間にはさまれた空間は縮んでいるのだし、２つの物体が離れているとしたら、その間にはさまれた空間は伸びているということが決して間違っているわけではないとは思えないでしょうか。

しかし、ふつうには、ある媒質物体と、そのとなりの媒質物体との間には、離れた空間があるけれども、そこには力というものが介在して、それら媒質の運動を調和させているのだと考えることができますね。

しかしこの空間は、媒質物体の体積に比べて、かなり大きな体積の空間です。その媒質間の、媒質のない空間を波は進んでいると思えるでしょうか。
空間も、見えないけれど、また波打つものであると見るか、見えないのだからじっとしている、と見るかのいずれかを選ぶことになりはしませんか。

あるいは、そのように空間に着目をしないのであれば、波というものは、本質的に、空間によって隔てられているので無関係に見えるはずの周期的事象が、その直近の事象に影響されて、連鎖的に同様の事象を伝えていくということではないでしょうか。

たとえばこのような例も波とは考えられないですか。異なる２地点で、気象観測を行った。気温のグラフをつけると、どちらの地点も、一日を周期にあがったり下がったりを繰りかえす。これらの地点が近いところにあれば、その結果は似たようなものになり、多くの地点の観測結果を並べてみれば、晴れている日であれば、東の地点の観測記録が西の地点の観測記録へと移動しているように見える。

Ａ　　　～
Ｂ　　～
Ｃ　～

気温のグラフの波は、どのような媒質を進んでいると考えたらいいのでしょうか。私には、波には媒質が欠くことのできないものであるという理由がわかりません。

さて、光ですが、媒質のない真空を伝わっていきますね。ご質問は、
＞（１）光は横波です。媒質がないのにどうして波ができるの？
ですが、
「真空中を伝わる光の波は、物質的な媒質を基礎とした説明は不可能である」ということは受け入れられていますよね。それとも、エーテル説を復活させたいというようなお考えですか。もしそうなら、エーテルを非物質的なものにしなければなりません。私は、実空間のあらゆるところに、閉じた虚空間を存在させてはどうかと思います。その虚空間に周期的に変動する物理量を持たせて、それらが相互に影響し合うものとするのです。何もない真空とはいえ、閉じた虚空(それは大きさのない点空間ですが、粒子的です)が連鎖的に物理状態を変化させて、連鎖的に進行するように見えるのが、真空中を伝わる光の波だと考えてはどうかと思うのです。

それにしても、媒質から媒質へ引き渡される物理的情報が、何を原因としているのかということは、なぞのままです。

それなら、わざわざ非物質的な媒質を仮定せずに、電磁場空間を力学的空間に重ねた考え方で十分ではないでしょうか。媒質のない波の理由は分からぬままですが。理由の理由は？　と、さかのぼることは無限にできるので、どこかで理由を問わずにとどまることが必要です。

回答No.2

ht1914

正電荷と負電荷の間には引力が働きます。この力は間に物質がなくても働きます。原子の中で原子核と電子の間にも引力が働きます。原子核と電子の間にこれら２つとは別の、力を伝える物質は存在しません。磁気の場合も同じです。電気、磁気の力が伝わるのは真空でも起こります。光や電波は電気的な力の場や磁気的な力の場が変化しながら伝わる現象です。力の場の向きが進行方向に垂直なので変化も進行方向に垂直な方向に起こります。横波であるということになります。物質が振動しているのではなく電気的、または磁気的な力の場が振動しているのです。

回答No.1

toranekosan222

波動系の質問ですね。あやしげな方向じゃなければいいのですが。

(1)
光は媒質は関係ありません。波を「物質の振動」とすれば、光は波ではありえません。しかしそれは波の本質を見失った考え方であり、教科書に書かれているなら訂正すべきでしょう。
光は電場と磁場の時間空間変位の関係から電場と磁場の強度に対する振動関係が導かれます。その振動の時間空間関係が、電場と磁場の強度を波のように電波するというわけです。その理由から言えば、媒質は必要ありません。波というのは基本的に波動方程式を満たす物と考えるのが本質で、媒質は必要ないのです。ある物理量の時間変化と空間変化がexp(i(px+tw))とかけた時点で、それは波なのです。example(ドプロイ波）

(2)重力波がその解答にあたるかどうかは分かりません。その振幅が波の進行速度に対して垂直であるか並行であるかはよくわかりません。物質がまったくなく、近傍の重力場が存在しないという条件であれば、お答えできます。物質が無い場合では、場の振動による波の発生しか考えられません。故に、縦波に相当するものはありません。