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物理学の場の働きは波動を伝えるか
波動の伝搬には媒体が必要と物理では言います。光の波動は振幅面の直交した電界と磁界が鎖交して連鎖し、伝搬するといいます。鎖交連鎖は媒体でしょうか。 物理でいう場には波動を伝搬する働きはあるのでしょうか。 もし働きのあるとき波動を伝搬する媒体と場には、どこに違いがあるのでしょうか。 同じ物質波の括りにある量子が、種類ごとに伝搬の方式がそれぞれ違うといえるのでしょうか。 たとえばニュートリノは波動の伝搬ですか。
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- 中村 拓男（@tknakamuri）
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>電気工学のベクトルには静止ベクトルで考える >一般物理で行われている方法以外にさらに、 >発展させた回転ベクトルと呼ぶものが加わっています。 あんまり大人気ないやりとりはしたくないので、 細かいつっこみはやめときますが、「回転ベクトル」 ごときでわかんないでしょうよばわりにはまいりましたね。 あなたの底が知れます。 私は具体例を示したのですから、せめてそれに反論して 欲しかったのですが、まあこの調子では時間の無駄だと 思うので、ここいらへんで失礼します。
横槍失礼 >光や電波の伝搬する姿の図解で、環が鎖のようにつながり連なっている絵をご覧になったことがあるでしょう。 >環が鎖の環とすれば、絵の姿はその数珠つなぎです。くさりがつながる姿が環を交えたように見えるので、教科書では鎖交と呼んだのだと理解しそのように今も覚えております。 >鎖交しないとしたらどのように空間を伝わるのでしょう。 鎖交は表現に間違いがあります。磁界のリングに関しては密なほど磁束密度が高い、電界に関してはリングを描く際の軸の高さが電界の大きさとなります。 あの図が間違いという人もリングの鎖交という人も、どちらも図の見方を間違えてしまうので、リングを描く解釈の図は嫌われているのです。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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もうひとつ補足しておくと 電磁誘導では磁場の変化が電場を生じさせ 電場の変化が磁場を生じさせると説明 されます。 これは正しいですが、正確には 発生するのは電場や磁場の渦です。 ベクトル解析のロ―テーション(rot)ですね。 で、ここで問題なのは、強い誘導が 発生したところに強い電場や磁場が発生すると 思いこんでしまうことです。 強い渦があるからそこに強い場があるわけではないの です。 強い場はむしろ強い渦から離れたところに生まれます。 #渦の中心の場は0ですよね？ 単純に微分だから90度ずれるなんてところで思考停止 するのではなくて、もっとベクトル解析の奥を 覗いてみましょう。
補足
電気工学のベクトルには静止ベクトルで考える一般物理で行われている方法以外にさらに、発展させた回転ベクトルと呼ぶものが加わっています。 回転ベクトルを用いると、ただちに時間軸波動について考察することができます。この回転ベクトルの方法が電気工学では一般の物理屋さんのベクトルと異なるところです。 TKNAKMURI様は物理専攻とか、おっしゃるのを見かけたので、電気工学方面をご存じなくても仕方ありません。その知識とご理解をもちあわせていらっしゃrないのかもしれません。 その時間軸波動を回転ベクトルから導くと、９０度づれるという現象が明確にとらえられます。 また物理の考えは、たとえば小学校の実験でエナメル線を鉄に巻きつけて、電池につなぎ、電磁石を作った経験がきっと基礎にあるでしょう。その経験で電磁波を理解することはかないません。 電池をつないでいる限り、電磁石は一定の磁力を発生します。一定なので静磁力というのです。 電磁波の理解にはその一回り２回りたくさんの知識が必要です。 たとえば電気工学の回転ベクトルに示される波動や電磁力はこの電池の直流とは別です。交流磁場、交流磁界、交流電界、交流電源なのです。 ところがtnakamuri様は直流電源におきる静磁界の物理から抜け出せていません。マックスウェルの波動方程式の一部だけしか、理解できていないと分かります。 ところが、電気工学の回転ベクトルに示される波動や電磁力は交流電源に起きる交流誘導磁界、交流誘導電界なので、tnakamuri様は理解が届かないようです。 さらに電磁波にはまだ回転ベクトルの論理では足りないので、電波工学、電磁波伝搬工学という学科まで必要になります。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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＞正規の学部での教科書と講義では、積分したり微分したりの関係です。 ＞そういう微積分が働くと、図に書かれた位相関係ではありません。 マックスウェルの方程式を確認してみてください。しれが全てですよ。 他の質問で書いた式ですが、 rotE + ∂B/∂t = 0 (電磁誘導の法則。磁場の時間微分に比例して誘導電圧が発生する) これを成分に分解すると ∂Ez/∂y - ∂Ey/∂z + ∂Bx/∂t = 0 ∂Ex/∂z - ∂Ez/∂x + ∂By/∂t = 0 ∂Ey/∂x - ∂Ex/∂y + ∂Bz/∂t = 0 これが電場と磁場の関係を表す式です。 これに平面波 Ex = A・sin(ωt-kz), Ey = 0, Ez = 0 を代入して Bx, By, Bz を求めてみてください。 なぜ位相がずれないかわかると思います。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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>http://www.allhouse.info/defense.html このアドレス、図が出なくなったので http://fnorio.com/0067Electromagnetic_wave1/Electromagnetic_wave1.html を紹介しときます。 電磁波の正しい電場と磁場の話です。
補足
tknakamuri様あたらしい情報をありがとうございます。 >http://fnorio.com/0067Electromagnetic_wave1/Electromagnetic_wave1.html をみました。 誘導電流と誘導磁界が書かれていました。しかし以下の理由で間違っています。 正規の学部での教科書と講義では、積分したり微分したりの関係です。 そういう微積分が働くと、図に書かれた位相関係ではありません。 たとえばコンデンサーは流れ込んだ電子を蓄積するので、コンデンサーは電流を積分します。蓄積を表す積分の数式を電位を表すために使うのです。 同じような数式関係からコイルでは電流を微分します。 すると微積分が絡むので位相について図の書き方に問題が発生しています。 たとえば正弦波を微分すると波動の形、周期周波数は全く一緒の余弦波になります。 ｄ/ｄｔsin(ωt)＝ωcos(ωt)＝ωsin(ωt+π/4) ところが数式に表れたように余弦波は波動の要素の位相成分が正弦波と９０度(π/4）異なるのです。 その姿がご紹介された図では正しく描かれていません。正弦波の凸位置と磁界の最大値最小値の頂上点の凸位置が同一ではπ/4の位相差が表せていません。だから間違いです。 電界でも同じに間違いです。 どうやら微分と積分の物理への応用法をご御存知ないようです。 ことばの定義による説明方法でも誤りに気が付けるはずです。 たとえば電磁波を放射する素子がアンテナです。 ところがコイルはアンテナではありません。 コンデンサーもはアンテナではありません。 だから両者はアンテナではないので、電磁波のものに異なります。 誘導電流はコンデンサーの中におきるものです。 誘導磁界はコイルのなかにおきるものです。 電磁波はそとの空間へ伝達分布します。 誘導電流と誘導磁界の両者は外に出ないので、だから電磁波とは異なります。 誘導電流も誘導磁界も素子の近くだけに起きる現象です。 そして電波はコイルやコンデンサーから飛び出すのではありません。 電波成分の主要部はほとんどがアンテナをとおして放射されるのです。 現象をご確認できましたか。そうですよね したがって電磁波は誘導電流とも異なり、誘導磁界とも異なります。 誘導電流と誘導磁界と電磁波とは別の現象であると正規に習いました。たぶん今もそのまま別と定義しているままでしょう。 誘導電流も誘導磁界も、どちらについてもそれだけでは、いくら周波数を高低変えてみたり、アンテナを設置してみたり、共振回路を付け加えたとしても電磁波のような遠くに到達できないのです。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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＞場には波動を伝搬する働きはあるのでしょうか。 ＞ もし働きのあるとき波動を伝搬する媒体と場には、どこに違いがあるのでしょうか 例えば空気が音を伝搬する場合、場は空気の圧力とか空気分子の変位とかで、 場は媒質の性質を表し、媒質の物理的性質の支配を受けるので、分けて考えるのは ナンセンスでしょう。 ただ、電磁波は媒質がなくて、場しかありませんけどね。それでも場は 電磁気学の法則に支配されて波を伝えることができます。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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＞光や電波の伝搬する姿の図解で、環が鎖のようにつながり連なっている絵をご覧になったことがあるでしょう。 こんなのですよね。 http://www.ecologa.co.jp/info/what.html これは間違いなんです。 横波なので、電場も磁場も電磁波の進行方向に垂直で、同位相が基本です。 http://www.allhouse.info/defense.html
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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場というのは元々は媒質に生じる何かの変化 を表すものだったので、真空にも場が存在するという 考え方はなかなか受け入れられませんでした。 ニュートンは光を粒子と考えましたし、光の波動説 では未知の物質エーテルの存在が仮定されました。 現在では、媒質無しに、真空というか、 空間のもつ性質のひとつとして、電磁場が 存在することが受け入れられています。 ちなみに、電磁場の振る舞いを表わす マックスウェルの方程式は、電波の存在を 示しています。これを実証したのはヘルツです。 >光の波動は振幅面の直交した >電界と磁界が鎖交して連鎖し、伝搬する 鎖交しないので、都市伝説でしょう。
補足
ご回答ありがとうございます。 場には波動を伝搬する働きはあるのでしょうか。 もし働きのあるとき波動を伝搬する媒体と場には、どこに違いがあるのでしょうか >光の波動は振幅面の直交した電界と磁界が鎖交して連鎖し、伝搬する 光や電波の伝搬する姿の図解で、環が鎖のようにつながり連なっている絵をご覧になったことがあるでしょう。 環が鎖の環とすれば、絵の姿はその数珠つなぎです。くさりがつながる姿が環を交えたように見えるので、教科書では鎖交と呼んだのだと理解しそのように今も覚えております。 鎖交しないとしたらどのように空間を伝わるのでしょう。
- 中村 拓男（@tknakamuri）
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>電流が流れると磁界が発生し、 >磁界が変化すると電流が流れますが、 マックスウェルの方程式を勉強し直しましょう。 磁束の源は電流だけじゃありませんよ。
補足
ご回答ありがとございます。 回答＃３までの間の発言を探して、私を含め誰からもない発言に対して、＃３は回答されました。 >電流が流れると磁界が発生し、 >磁界が変化すると電流が流れますが、 この文言はこの画面上にないので、ほかのWEBと混同されていないでしょうか。 >>磁束の源は電流だけじゃありませんよ。 回答＃３までの間の発言を探して、私を含め誰からもない発言に対して、＃３は回答されました。 この文言はこの画面上にないので、ほかのWEBと混同されていないでしょうか。 磁束の源について電流だけと限定した質問はありません。磁束の源について電流だけと限定した回答もありません。
- tetsumyi
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電界と磁界が鎖交して連鎖し伝搬する なんて説明は、古典的な考え方でありでたらめです。 電流が流れると磁界が発生し、磁界が変化すると電流が流れますが、真空中の何も無い所で電流が流れるはずがありません。 現在、空間の場の理論は完成しておらず正確な説明をすることができません。 ただ、言えることは私たちの居る宇宙空間で１つの場所で起きた現象が他の場所に影響が現れるのに、光の速度の時間差が発生すると言うことです。 媒質が無くても宇宙空間はお互いに関連して物理量を共有しており、この関連を決めている１つの要素が光速度と言うことです。 そのために、電磁現象の伝達速度、重力の伝達速度、ニュートリノの速度が光速度として観測される結果となっているようです。
補足
ご回答ありがとうございます。 でたらめで場の理論は完成していないのですね。 ＞電界と磁界が鎖交して連鎖し伝搬 電磁波の教科書探して載っていないのですが、３７年前習ったとき、ベクトルの内積が０、直交という式は導けていたような記憶があります。しかし連鎖、鎖交、唯一偏波平面の証明はなかったけれど。 ＞重力の伝達速度・・が光速度として観測される 疑問です。重力に作用が働くまでの時間差がほんとうにあるのですか。 もし時間差があれば、遅れた分だけ軌道は膨らみ、太陽系の惑星は太陽に対する周回の円を描けないと思うのです。 たとえば地球まで光は７分、およそ420秒かけて届くのでしたから、重力も７分間遅れるのですか。 円周の接線が進行方向で、遠心力、引力は直交方向に太陽系の重心を結ぶ線上にある。365*24*60分間に360度周回するところ地球は７分遅れるので、接線と遅れ分地球は軌道円周の外向きに進行することになります。接線と遅れ軌道円周の外向きに進行すると、その軌道は等角螺旋の性質のようにみえます。 等角螺旋は対数螺旋という名でも呼ばれるそうです。３６０度回るのに分単位で（365*24*60+7）という時間がかかり、遅れるので、地球の軌道は対数螺旋になりそうです。
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お礼
ご回答ありがとうございました。
補足
新しいご参加、ご回答をありがとうございます。 あの http://fnorio.com/0067Electromagnetic_wave1/Electromagnetic_wave1.html の図がおっしゃるのと同じ内容でわかりづらいとおもいます。 くさりがつながる姿が環を交えたようにという http://www.ecologa.co.jp/info/what.html の図もわかりづらいです。 ですが、電磁波の鎖交しない、９０度位相が離れるのでなく、同相とおっしゃるかたがたには、私が＃９の補足に書き込んだ知識が無いらしいと今分かったところです。 回転ベクトルで何を表すか、それは各素子の端子間に観察できる電圧と通り抜ける電流の電流波動と電圧波動の位相差ですが、何より回転ベクトルの定義、書き方自体をご存じない方だと、気づいたのです。回転ベクトルについては＃９回答の補足をご覧になってください。 電気工学や、通信工学出身者たちはまず直流回路のスイッチ開閉後の連立微分方程式を解き、次に交流の回転ベクトルを習った後に、ダイポールアンテナの電界分布、電流分布を習い、その段階を踏んだ後、電磁界のマクスウェルの波動を伝搬の方程式に書き直して電磁波を計算する方程式を習います。 直流回路のスイッチ開閉後の連立微分方程式を解く段階の理解では、回答のために完全なはずのマクスウェル波動方程式を調べまわしても電磁波を語るのには早いのです。