光線は磁力で曲がるか？

質問

光線は誘電率の異なる物質間の界面を透過すると、光子の運動速度をCよりも遅くさせ、運動方向を曲げ屈折します。では透磁率の異なる場合、磁界の加わった場合、光線は曲がるのでしょうか？現象があったら教えてください。
　たとえば太陽では強い光線と強い磁力があり、静磁界、交番高周波磁界などもありそうですが、太陽自身の光線もその他の恒星が発した光線も曲げていないように思います。そこから発想すると物理の光の定義に問題があるように感じます。
　たとえば屈折率の定義から透磁率と誘電率の働きは電波に対して等価であるとわかります。
　屈折率ｎ＝ｃ/ｖ＝ｓｑｒｔ（εμ/ε₀μ₀）
となっているので、数式中の位置が同一な誘電率εと透磁率μの働き方は同一のはずですが、太陽の磁力で曲がらない光線の現象を比べれば光線の曲がり方に透磁率や磁界が無関係のようです。

　光は磁界と電界を励起して空間を伝搬する電磁波の仲間とされて物理では考えられてきましたが、光の実際は磁界と無関係なのではないでしょうか。もし光が電磁波の仲間なら太陽の周辺の磁界や、地球上の磁界や透磁率の違いで光線の進行方向が曲がるべきでしょう。でも聞いたことがありません。
　一方光の仲間と考えれれてきた高周波電波はフェライトの透磁率で曲がるようですので、光の現象と高周波電波の現象は異なるように見えます。

回答No.3

tadys

＞一方光の仲間と考えれれてきた高周波電波はフェライトの透磁率で曲がるようですので、光の現象と高周波電波の現象は異なるように見えます。
これは磁場を加えたフェライトを電磁波が通過するときに変波面が回転する現象（ファラデー効果）を利用したものです。
進行方向が変わるわけでは有りません。
光でも同じようにファラデー効果が現れます。
光と電波の違いはその周波数によるものです。
http://www.tdk.co.jp/techmag/inductive/200710/index2.htm

テラヘルツ波という電波と光の中間の性質を持つものもあります。
http://web.bureau.tohoku.ac.jp/manabi/manabi38/mm38-2.html

お礼

Tadys様ファラデー効果のご紹介をつけたご回答をありがとうございます。

Tadys様＞Q　・・フェライトを電磁波が通過するときに変波面が回転する現象（ファラデー効果）・・進行方向が変わるわけでは有りません。

A　masaban　小型アイソレータTDK製はループ形状の電極が3本巻かれているのですね。GHzの電磁波は確かに進行方向が変わったとは違う現象と分かりました。ループ形状電極はアンテナとも言えず、またトランスともいえない配置です。ループ形状電極3個は通常の電気理論では働きを説明できない不思議な構造です。高周波電磁界工学に特有の構造と働きですからトランスともアンテナとも別の理論で説明されるべき素子です。

　でもそれはファラデー効果とも違うようです。ファラデー効果は偏波面の角度を変え、偏波面をある角度ひねるのですね。ところが偏波面の回転をループ形状電極が捉えるという学理がないのです。たとえば同一のフェライトに巻かれた3本のコイルはフェライトのどこに巻かれても同じ入出力特性を持つとトランスの性能は定められています。

　小型アイソレータの効果はファラデー効果を連想させますが、ファラデー効果ではおっしゃる通りの偏波面が回転するだけですから、その現象と小型アイソレータの3電極とは無関係に見えます。　
ループアンテナには偏波をとらえる機能があるとも習った事、記事を読んだことも、体験したこともありません。偏波がループアンテナの指向性と関係した事象を知りません。同一平面内に2つのループを設定して、最高感度を得るため送信側と受信側の対のループを同一平面に設定するので、平面を垂直または水平におき、それを水平偏波垂直偏波と呼んだ覚えはあります。がアンテナの置き方は、ファラデー効果の偏波の定義とは無関係です。
　電磁波では円旋回波（円旋波）というアンテナがあります。空気中の空間に捩じられた偏波面を連続させる働きがあるわけではないのにヘリコイドアンテナから放射受信され伝わる円旋波の不思議な電波がありますが、これをファラデー効果で説明すると空間に捩じられた磁極と鉛ガラスが繋がって終点まで連続していることになり、異常ですね。

捩じられた磁極が空間に連続すると説明したら、空間の平坦性に矛盾します。いま円旋波アンテナを例にした極端論の電波にはファラデー効果が通用しないのです。こういう極端論でも正しい原理なら矛盾する筈がありません。
すると電波と光は性質が似ているが円旋波の有無から別物らしく見えます。

Tadys様＞Q　光でも同じようにファラデー効果が現れます。

masaban　A　光にしかファラデー効果はありません。

　Tadys様＞Q光と電波の違いはその周波数によるものです。

masaban　A周波数は違いますが、同一種類ではないようです。

Tadys様＞Qテラヘルツ波という電波と光の中間の性質を持つものもあります。

masaban　A　テラヘルツ波とはまだ工学では得られていない高周波の電磁波でしかありません。
遠赤外線の放射による現象は放射源から別物体への熱移動にすぎません。周波数は同一帯域ですがテラヘルツ波とは無関係です。

回答No.2

shintaro-2

>ところで天体望遠鏡は夜空の恒星が密集していればサーキュレータと同じような透磁率の変化した空間を通り抜けた光線を観測することもあるはずですが、

何故、「あるはず」と言えるのですか？
どれくらい曲がるかわかりませんが、重力レンズと区別可能ですか？

>光線に曲がった事例がないようです。だから光線は電磁波と違う現象ではないでしょうか？

観測していない＝違う
ではありません。

お礼

sintaro-2ご回答ありがとうございます。
sintaro-2様＞Q　何故、「あるはず」と言えるのですか？

Ａ　masaban　地球にも磁力があります。するとサーキュレータのフェライトが作るような空間が地球の近傍にもあるでしょう。ならば、もし地球をかすめた光線があれば、サーキュレータで電磁波の進行方向が曲がったように光線は曲がるべきでしょう。これは宇宙ステーションから観察できるはずではないでしょうか。でも曲がってはいないようです。地球の周辺真空がフェライト状の働きが弱いとしても、恒星なら十分な働きをするでしょう。
　たとえば恒星の一つの太陽の周りには強力な磁界があり、変動して磁気の嵐が渦巻いているそうです。恒星はみな太陽の仲間です。恒星は光線と磁束を放射します。
　恒星の周囲には強い磁気が放射されているでしょう。その周りの透磁率はひどく乱れてサーキュレータのフェライトのような磁束や透磁率を持った真空空間も周囲にはできているでしょう。
　ところで透磁率はBH曲線のほぼ線形部分の工学応用領域について表記しますが、BH曲線をみるとあまり線形な比例関係がありません。Sカーブを描いています。そしてヒステリシスというＢ増加の往と復で異なる途をたどります。BH曲線の多くの領域で非線形で、ほぼ線形に見える部分も磁素単位の階段です。恒星の近傍ではそんなＢＨを持った空間でしょう。
　こんな透磁率の乱れた空間なら恒星の周囲ではフェライトほどの透磁率を実現する空間もあるでしょう。
　ですからもし恒星をかすめた光線があれば、進路を曲げるべきなのです。

sintaro-2様＞Q　どれくらい曲がるかわかりませんが？

Ａ　masaban宇宙が真空といえど恒星近傍には太陽風が吹くほどにはガスがあります。ガスのμがあるでしょう。
屈折率ｎ＝ｃ/ｖ＝ｓｑｒｔ（εμ/ε₀μ₀）
の透磁率分μ/μ₀に曲がるでしょう。

sintaro-2様＞Q　重力レンズと区別可能ですか？

　Ａ　masaban曲がりは恒星の質量に比例するのではなく、重心方向でもありません。界面との入射角と透磁率μによる屈折になるでしょう。

sintaro-2様＞Q　観測していない＝違うではありません。

　Masaban　Ａ　確かに仰るその通りです。でも可能性の一つとしてまだ途上にある発展中の物理学には必要な選択肢です。疑い実験に確かめる実践が物理学の真骨頂です。

　光は電磁波と同一であるという考えは仮定の一つに過ぎず、光が透磁率の影響を受けた屈折をしない時には、仮定を反証することになります。
　そこで私は透磁率の影響を受けた可視光線の屈折現象を探し、現象の有無を知りたいのです。

回答No.1

shintaro-2

>屈折率ｎ＝ｃ/ｖ＝ｓｑｒｔ（εμ/ε₀μ₀）
>となっているので、数式中の位置が同一な誘電率εと透磁率μの働き方は同一のはずですが、

確かに式的には誘電率と同じ次元で影響を与えるのですが、
光学材料は大体μ／μ０が１ですから、
透磁率が屈折率に与える影響はわずかです。

>一方光の仲間と考えれれてきた高周波電波はフェライトの透磁率で曲がるようですので、光の現象と高周波電波の現象は異なるように見えます。

そのフェライトが光学的に透明であれば、同じ現象が発生するのでは？

参考URL：

http://www.tdk.co.jp/techmag/ferrite/grain_52/flame52.htm

お礼

Shntaro-2様TDK社の絵図のご紹介の回答をありがとうございます。
サーキュレータはネットワークアナライザというGHz帯で通信伝搬路や増幅器などで電磁波の伝搬特性の周波数分析を複素解析する装置で方向性結合器とともに使われています。私もネットワークアナライザHP8510Cを使っていました。このような回路を発想実現する海外技術力のすさまじい実力には驚いたものです。
　ところで天体望遠鏡は夜空の恒星が密集していればサーキュレータと同じような透磁率の変化した空間を通り抜けた光線を観測することもあるはずですが、光線に曲がった事例がないようです。だから光線は電磁波と違う現象ではないでしょうか？