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光とは何ですか
物理素人です 光とは何ですか 光子や電磁波であると聞きます まず、電磁波は、何か が波のように揺れているのですか、その何かとは 何ですか その波の幅は短くなったり長くなったり変化しえますか その波の振動頻度は高くなったり低くなったりしますか 振動しなくなったときは、何が振動しなくなったのですか
- freeforvirus
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- 物理学
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＞まず、電磁波は、何か が波のように揺れているのですか、その何かとは 何ですか 「何か」は何もありません。 電磁波とは、電気のゆれと磁気のゆれが交互に発生したものです。 電気が流れると磁気が発生します。（電磁石の原理） 磁気が変動すると電気が発生します。（発電機の原理） 電波はこの2つの現象が、交互にくりかえし起こって、波のように空中を進むものです。（次のページの最初の図「電磁波の発生の様子」を見てください） http://www.circuitdesign.jp/jp/technical/DesignGuide/guide3.asp ＞その波の幅は短くなったり長くなったり変化しえますか 普通では短長の変化はないでしょうが、強力な磁界とか空間の歪みとかあれば、変わるかもしれません。 ＞振動しなくなったときは、何が振動しなくなったのですか 空間を進むうちにエネルギーを失って、最初の、磁気と電気の変化がうんと小さくなったのです。
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- chiha2525
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光とは電磁波なのですが、まぁおおよそケッタイな代物と言えます。 １００ｇのボールならキャッチボールできますが、１ｔのクルマがぶつかってきたら死にます。エネルギーを物が持つならば、このように分かりやすいのですが、なぜかこの世はエネルギーが保存するように出来ていて、物がなくなってもエネルギーだけは残ります。で、そのエネルギーが電磁波（光）になっちゃうんですね。 太陽は電磁波（光）を出していますが、太陽の光で暖められた地球も実は電磁波を宇宙に出しています。なので、太陽の光でどんどん熱くなっていかないのですね。実は地球に限らず、全ての物質は電磁波（光）を出しています。閑話休題。 で、この電磁波（光）は、物ではないので、この世で一番速い速度で伝わっていくのです。ところが（相対性理論ってのですが）その一番速い速度だと時を刻まない。（時を刻まないというのはどういうことか、なども面白いので、興味があれば特殊相対性理論でもかじってみてください） ちょっと話が飛びますが、この宇宙の物質は、遠い将来には、万有引力（重力）により集まって、全ての物資がブラックホールに落ちることになる、でこのブラックホールも相当永い時間の末（１０の｛１０の１２４乗｝乗年後らしい）に蒸発して消えてなくなる。そうなると宇宙には物質が１つも無くなり、すべては電磁波（光）だけになる。 ところが電磁波（光）は時を刻まないので、その宇宙では時が意味を持たなくなる。 そんなお話を今の物理学者（ペンローズって名前の人）は考えてたりします。
お礼
読んだのですが、回答部分は、けったいな代物という部分でしょうか
- 有木 巨智麿（@kothimaro）
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光は粒子でしょうか。それとも波でしょうか。光が粒子であれば、光源の移動速度が光の速度に加算される筈です。逆に波であれば、光源の移動速度に影響されず、光の速度は一定となります。モーターボートが立てる波も、木から落ちたどんぐりが立てる波も、同じ速度で伝わります。近づくサイレンの音も、遠ざかるサイレンの音も、同じ音速で伝わります。 光が波であるとすると、それを媒介するものが必要となります。何かが真空中にあり、それが振動し波が光として伝わります。そうすると、その媒介するものが静止系となります。 逆に、物質も光も粒子であり、それらは何もない真空中を進むのであれば、どの粒子が静止しているのか分かりません。また、何もない空間の位置を考えることも出来ません。そうなると、この宇宙で絶対に静止している一点を示すことは出来なくなります。即ち、静止系はないことになります。 では、静止系はあるのでしょうか、それともないのでしょうか。 数年前に、ヒッグス粒子の存在が証明されました。ヒッグス場を物質が移動すると、ヒッグス粒子が発生します。このヒッグス粒子は、すぐに消滅すると考えられています。ヒッグス粒子は、物質に動きを止める力を加えるとすぐに消滅します。そして、また物質が動くとヒッグス粒子が発生し、物質に抵抗を加えると消滅します。この様にして、ヒッグス場を移動する物質には、常に一定の力の抵抗が掛かります。 物質は、本来光速で移動しようとしますが、動くと常に一定の力の抵抗が加わるので、光速未満の速度でしか移動出来ないのです。 この「ヒッグス粒子のプール」が静止系と考えられます。何故なら、物質はこの「ヒッグス粒子のプール」の中で加速するとGが掛かるからです。ヒッグス粒子は、「超ひも」の振動として表現されます。つまり、このプールの中は、静止している「超ひも」で満ちているのです。 光も、「超ひも」の振動として表されます。光は超ひものプールの中を波として伝わると考えてはどうでしょうか。
お礼
光とは何でしょうかと質問の題名欄に書きました。 前知識として、粒子や電磁波であると聞いていたので、後者の電磁波を取り出して尋ねようとしました 電磁波という３文字は、電と磁と波に分かれます まず電磁と波に分かれて、波のように揺れているものが何かという風に尋ねると、 電界や磁界が波のようになっているものと回答を皆さんからいただきました 波になっていない電界や磁界は光ではないという風に理解します 回答欄の文章を読んだのですが、どの部分が回答なのか、わからずにいます
- Glory_777
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ざーっとWikiで関連するところを読んできました。 物理学の歴史と産業の発展から色々と解釈の仕方を変えているようです。 ですので経緯の説明が必要と思えました。 大きくは、古典物理学、と昨今の量子論から量子力学へと進んだあたりで、 変化があるようです。 もはや日常の体験から類推できるものではなく、 私たちが観測できる概念にあてはめて理解することは難しいでしょう。 物理学者たちも、怖がりながら議論し、 ある程度あきらめてしまっており、 （とりあえず説明できないことを説明できるならば、 直感的に把握できる日常の経験と乖離しても仕方ない） 古典時代に提唱し（一般人も理解しやすかった、高校までの物理学）た 内容と混在されることに回答をしなくなったわけです。 どうしてそうなったのか？ こういうときは歴史から調べると分かりますよ。 産業革命近辺ではニュートンが提唱した力学程度で大丈夫だったようですが、 その後溶鉱炉の研究をしていくうちに、新たな発見があり、 これらを物理的に定式化しようとして行くうちに、それまでの説明では無理になった。 （光電効果、黒体放射、プランク定数の発見） 最大のショックは、物理現象の根底は、デジタルな最小単位があり、 アナログ的に連続じゃないということのようです。 つまり波的なものは連続していますが、粒子的なものは個数がありますよね。 後者が実体であれば、0.5個分のような現象は起きず、何かの整数倍である、 デジタルな値をとります。 現実世界では色んなものがごちゃ混ぜになっていますから、 はっきりとした差としてわからないわけですが、 より分けて分解していくと、最後は何やら決まった値にしかならないと言う 性質が私たちの世界に内在していたと言う事です。 光に関して有名なのは、波の性質（大分前から知られていた）と光電効果と呼ばれる 粒子の性質（双方がみられる）現象らしいです。 ここから、これは光だ、これは電気だ、これはｘｘだと言う考え方に疑問が生まれます。 本当は、波の性質をもつ粒子と言うのが一つだけあり、 昔はそれをしらずに、粒子と波を分けて捉えていたのだと考え直したわけです。 （量子の発想） 以下たとえ話で進めますね。 鈴木君と言う人がいて、 この人が普段関西弁をしゃべっているので、 周囲の人は関西出身だと決め付けて思い込んでおりました。 ところがこの人が標準語をしゃべるのを見て驚いた？ さてこの人は、関西出身なんでしょうか？ 東京出身なんでしょうか？ 出身地と彼を結びつける意味はありませんよね。 光が波の性質をもつので、波としていた時代があり、 光が粒子の性質を持つので、波と粒子のブレンドだとする人もいます。 それよりも、関西弁と標準語をしゃべる出身が不明な鈴木君。 というほうがより現実的ですよね。 光が波か粒子かを論ずるのは、鈴木君をないがしろにして、 みんなで鈴木君の出身地を論じるくらい無駄なことです。 そんなことはやめて、もっと鈴木君について良く知り、何がしかそれを使って 彼と上手くやったほうがいいですよね。 という話に進んだようです。 現代では、関西だとか東京だとかを決めることは辞めて、 鈴木君がどういう人なのか、鈴木君を観察することにしたいうことです。 他にも鈴木君の友人がおり、会話のイントネーションが似ており、行動も似ている。 この人達は斉藤一派と名をつけていたんですが、 良く考えると、 斉藤君と佐藤君しか知らないので、”斉佐”とか言葉をつくっていました。 （電磁力のめいめいと同じです） どうも鈴木君も彼らの友達らしく、鈴木君は”斉佐”であると言い出した人がいます。 さらに仲が良いだけではなく、親戚であり祖先が同じらしい。 こんなことがあり、 何かしら良い名前をつけられないか？と考えるようになりました。 そこで鈴木君については、特別に鈴木君の仕事から名前つけようと思ったんです。 どうも鈴木君がいるときだけ、斉佐では関西弁が盛り上がる。 そこで今後鈴木君を鈴木君と呼ぶのはやめて、 ”鈴関”とよび、”斉佐”一派の関西弁を覚醒させる性質があるとしたんです。 （”光子”ですね。素粒子の世界では、電磁気力を媒介するといわれています） ここにインスピレーションを得て、他にも特定の話題や方言を活性化させる人物 がいるのではないか？ そこでそうした人の名前を先に考え、他のグループも観察することにしたんです。 すると鈴木君に相当する人物が確かにいたんです。 （素粒子の発見と実験） いまでは、日本全国都道府県の個別の出身をどうこう言うのが面倒なので、 ４つくらいのグループにわけようとしています。 （電磁気力、弱い核力、強い核力、重力） さらに日本全国の出身も曖昧になってきていますよね。 何時まで関西にいたから関西出身と言うのでしょうかね。 そのときに誰かにとって関西出身の人に見えても、実際は分からないとしたわけです。 どうせ分からないなら、皆が思う空想の関西人を先に定義し、 これと似た人を関西人としてしまう逆転の発想がありますよね。 非常に乱暴です。すでにこの段階で、理解が出来なくなっても仕方が無いですよ。 その上で、この空想の関西人が多く住むあたりを分布で示し、 そこを関西と呼べばいい。そうすれば矛盾が起きない。 これも乱暴ですね。 今の物理学はこのように発想を改めたので、多くの問題が解決できる様になりました。 （不確定性原理） さらに属性が関西人でも関西力を発揮していない状態があり、 彼らが安心して関西力を発揮するためには、媒介となる人物が必要とわかりました。 さきほどの鈴木君です。 他のグループでも彼と似た性質の人物を、とりまとめ、命名しなおしたのです。 （基本相互作用： 電磁相互作用は光子、原子核を作る力はグルーオンという素粒子、 素粒子間に働く弱い力はウィークボゾン、重力は重力子 これらは物理現象を引き起こす力の伝達をする素粒子とされています） ここに至るまでは考え方を変えたりするため、議論も華やかだったそうです。 長くなりましたが、 考え方を変えて名前をつけなおし、 私たちが現実世界で観測可能な体験とは分離しています。 そのため誤解があり、その言葉からイメージしてしまうと捉え切れません。 振動数と言う言葉はすでに何かが揺れているという解釈ではありません。 波長と言うのも同様です。 波の解析に使われていた考え方を導入していると言う事です。 現代では、光やその他の物理現象の要素を、一つのモノや一つの場所として特定する ことを諦めており、そう取り扱いません。 広範囲に広がる関数の様な物として扱っています。 この関数が重なり合い、あるときある場所では、相互の性質が重なるため、 これにしたがって物理現象が生じると言う発想です。 この関数を発生させる原因となるものを、物質の素、もしくはそういう何かとし、 これの影響範囲を場としています。 これの中心に何かがあるとして探すのは無理であるとし、 その影響範囲のみを認知する（予測する）方向になっています。 例えば、 池の水面が揺れているのは、何かしか力が働いています。 これを観察して大方波の性質に見えたらば、波の性質を適用して次を予測する。 ですが、波の性質に見えているだけで、他の影響もありますよね。 水面が揺れているだけであり、波という何かが存在しているわけではありません。 つまり電磁波も私たちが日常見る”波”ではなく、電磁波と命名された何かです。 物理で言うところの光も同様です。 「～という現象を引き起こすルールがあるらしい」 を説明するために、日常の言葉から名前を作っただけです。 名前から性質をイメージすることは全く意味が違ってしまいます。 これらを数式で表現し、（現実世界で必要となったとき）、パラメータを与え、 自分たちが必要としている値を算出するためだけのノウハウです。 この様に物理世界は観察された事象を説明することが優先されており、 説明できない何かを上手に説明するために、新しい発想を取り入れているようです。 ここで勝手に命名し、勝手に数学を導入しています。 数式と同じ現象が見られた場合、大方正しいだろうとする風潮が今は主流です。 （数式に限界があると、数学を進化させ、新しい数式を作っている） 例えば、関西弁をはなしたり、標準語を話したりする人を、 たまたま物理学者が”芸人”と読んだとします。 この”芸人”にどこ出身なのか？芸暦はどうなのか？と聞いたとしても、 命名の理由が違いますから、考えても仕方がないですよね。 光に対して、色は何なのか？、明るさはどうなのか？ は聞いても意味があります。 しかし、光を波とした上で、波についての話をしても正しくないわけです。 （鈴木君を関西人とか芸人とかしたうえで、芸暦を聞くのに等しい） 何かがゆれているので光を波としたのではありません。 揺れている何かを観測して波とし、波が持つ性質を持っており、 一部ここでの公式が活用できたのが光です。 現代の物理学は物質の素、宇宙の法則を理解することで必死であり、 素人に説明をする余力が無く、「ちと待ってくれ」と言っているように思えます。 以上、ご参考に成れば。
お礼
ありがとう
- shintaro-2
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＞物理素人です freeforvirus さんのバックグラウンドとか 年齢もしくはこの疑問が生じた背景も記載していただければ 適切な回答がつくかもしれません。 高校で物理を学んでいれば出ない質問のようにも思えます。 ＞まず、電磁波は、何か が波のように揺れているのですか、その何かとは 何ですか 電界、磁界であり、空間のエネルギーとなります。 ＞ その波の幅は短くなったり長くなったり変化しえますか 波の幅という日本語が理解できません。 波長であれば、伝播する媒質によって変化します。 ＞ その波の振動頻度は高くなったり低くなったりしますか 振動頻度という日本語が理解できません。 周波数という意味であれば、変わりません。 ただし、光を発生する物体もしくは受信する観察者が移動すれば、周波数は変わります。 ＞振動しなくなったときは、何が振動しなくなったのですか 最初の質問と同じ
お礼
電磁波とは、波のように揺れている電気や磁気ではなくて、波のように揺れている電界、磁界と読めばよいですか 波長は、一定ではなく、伝播する媒質により変化しうる、でも周波数は変わらない 揺れた、揺れていないの主語は、電界と磁界。
- nacci2014
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違う！ わかりやすく言えば こだまよりは早いが のぞみより遅いもの
お礼
電磁波が何かしらが波のように揺れているのかの点については、電気の揺れと磁気の揺れと回答いただきました 電磁波とは、電気と磁気が交互に揺れているものですね そして、その波長の変化は普通は発生しない 揺れが小さくなり、とうとう揺れなくなったら、何が揺れなくなったのかの点は、電気と磁気なのですね 電気と磁気とは何でしょうね、それらが単体でなく、揺れている状態が光なのですね