「衝撃波」は光でもあるの？

質問

全くの素人です。
飛行機が音速で飛ぶと衝撃波が起こるそうです。
これは、自らの音源が進むにつれて前方は密になり後方は粗になり、自らの速度と音速が同一になったときに現れる現象のようです。
それならば、光に例えても同じでしようか？
つまり、ロケットの前方に発光体を搭載し、光速に近いスピードで飛ぶなら前方は密になり後方は粗になります。だって、光も音も速度をもっていますから。
そうすると、ロケットのスピードが光速に達したとき衝撃的な現象が起こるはずですが。

回答No.7

Mell-Lily · ベストアンサー

実際、ロケットの前方の光の波は、密になり、ロケットの後方の光の波は、疎になります。これは、ドップラー効果と呼ばれる現象です。ハッブルは、全ての銀河が赤味を帯びていることを天体観測で確認し、ドップラー効果を考えれば、全ての銀河が地球から遠ざかっているということを示しました。音の場合と同じように、光の場合にも、ドップラー効果が観測されます（と、言いますか、ドップラーが、最初に発見したのは、光のドップラー効果です）。ただし、光の場合は、相対論によって、時間の遅れを考慮しなければならないので、音と光のドップラー効果では、式が異なります。また、相対論によれば、物体は光速以上に加速できませんから、光の場合は、衝撃波は起こり得ません。媒質中では、光の速さは、真空中より遅くなります。電子などは、比較的簡単に真空中の光速程度の速さに達することができます。よって、媒質中では、電子などの荷電粒子の速さが、（媒質中の）光速を、越えることができます。このとき、チェレンコフ放射が観測されるます。この現象は、音における衝撃波に対応している、と言うことができます。

お礼

ありがとうございます。
その「ドップラー効果」と云うのは、車と消防自動車とすれ違うとき、サイレンの音がヘンになることですよね。
それはそうとして、私は、相対性理論とか、時間が遅くなるなどわかりませんが、わかったことは、
光が物の中を通るときは真空中より遅いので、何やら、チェレンコフ放射と云うのが音の場合の衝撃波のようです。
それにしても、何故、物が光速を越えられないのでしようか。
これは、またの機会に教えて下さい。

回答No.6

Mell-Lily

東海村で起きた原発事故で観測された青い光は、チェレンコフ放射です。物質中の光速は、真空中の光速より遅いので、物質中では、物質の速さが光速を越えることができます。このとき、チェレンコフ放射が起こります。真空中では、相対性理論の制約のために、物質の速さが光速を越えることはありません。

回答No.5

uhyohyohyo

補足の補足と訂正します。

> 衝撃波に分類されるものではないと思いますが、その物理はかなり類推できる(似ている)部分があると思います

こう書いてしまったのは、チェレンコフを一般に説明するときに描く図を考えたためで、よくよく考えると衝撃波とチェレンコフは全く違う現象です。物理も似てない、と言うほうが正しいと思います。衝撃波は圧縮性流体(媒質)中での圧力不連続面のことですので。

色々混乱させてしまったかもしれません、すみません。

回答No.4

uhyohyohyo

チェレンコフ光の補足でっす。

衝撃波に分類されるものではないと思いますが、その物理はかなり類推できる(似ている)部分があると思います。
原理は荷電粒子が物質中を高速で移動するときに電磁気相互作用(電気の力)で次々とその経路にある物質の電気的な向きを整列させていきます。これを分極といいます。この分極が元に戻るとき光を発し、同位相で(上手い具合に)重なるために光が見えます。

回答No.3

oshiete_goo

＞「物」の中を光が通過する速度は真空中より遅くなり、何だか、その時に光を発する、と云う程度です。
これは＃２の補足の通り(不完全で失礼しました)で『荷電粒子』(電荷を帯びた物体)についてのみ言える話ですが，全くご理解の通りです．

＞ロケット（物質）は光速より早くならないらしい、ということです。
これもその通りで正しい認識です．でも，その理由の説明は特殊相対性理論を勉強していただくしかないと思います．要するに，結論としては，どんなにエネルギーを与えて（加速しようとして）も，急激に加速の効率が悪くなっていって，通常の物質は真空中の光速には決して到達できないということです．

＞そうだとすれば何故なのでしようか。
チェレンコフ光の生じる基本的理由は音の場合の衝撃波と同じと思ってよいでしょうが，上の疑問点に対するきちんとした説明は筆者の能力をこえますので，しかるべき専門家などのお答えを待つことになるでしょう．

回答No.2

oshiete_goo

＃１ですが大事な補足です．
チェレンコフ光が出るのは『荷電粒子が』物質中をその物質中の光速よりも速く移動する時です．

回答No.1

oshiete_goo

いわゆる『チェレンコフ（Cherenkov）放射光』ですね．
普通『チェレンコフ光』と言っていますが,　物質中を,　その媒質中での光速(C／nで, Cは真空中の光速度,ｎはその媒質の屈折率＞１）よりも早く物体が移動すると(つまりｖ＞C／nのとき),　チェレンコフ光が出ます．
(ただしもちろん,　このときもｖ＜Cです．）

参考URL
http://www.gns.ne.jp/eng/cael/database/encard/card2/cd17_1.htm

なお,　通常の物質は真空中の光速度未満でしか動けないので,
＞ロケットのスピードが光速に達したとき
これは真空中では起こりません．でも物質中では通常光速が小さくなるので,上記のような現象が起こります．

参考URL：

http://www.gns.ne.jp/eng/cael/database/encard/card2/cd17_1.htm

お礼

早速ありがとうございました。
でも、私には、さっぱりわかりません。
うすうす、わかったことと云えば、「物」の中を光が通過する速度は真空中より遅くなり、何だか、その時に光を発する、と云う程度です。
そして、ロケット（物質）は光速より早くならないらしい、ということです。
そうだとすれば何故なのでしようか。