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光速について？ 素人です
はじめまして 光の速度は不変だと本に書いてあったのですが、 ガラス窓を通貨する際に速度が落ちるとも書いてありました、 光自体に時間の概念がなく光速度不変だとしたら、ガラスを通過する光はなぜ遅くなるのですか。 空間自体が伸びているかそこだけ時間が遅く進んでいるのでしょうか、また光子質量もゼロと仮定した際です。 宜しくお願いします
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>光子がけが特別かわった性質をもっているのですか？ いいえ。電子なども同じ性質を持っています。 基本的にこの世界に存在するものはすべて粒子と波の両方の性質を持つ量子からできています。 >また重力が伝わる速度も光速度以上はありえないのでしょうか？ 現時点で光速以上で運動する粒子の存在は確認されていませんし、理論的にも殆どの人は無いと思って います。（この話を続けると、物理学をまともに学習していないのに、知ったかぶりする相対論 ヲタクを引き寄せる危険性が高いのでご注意下さい） >また大きい世界と小さい世（量子力学）が同一の空間にありながら法則が位置しないのも不可解です。 大きい世界も原則的には素粒子物理と同じ法則で動いていると物理学者は信じています。ただし、 素粒子論のような厳密な取り扱いをすると、解くべき方程式が複雑になりすぎるので、近似を行うことに より扱いを簡単にしているだけです。最初の質問で言えば、ガラスも本当は多くの原子という粒から できていますが、日常のスケールではそれを忘れて連続的なものと考えるような物です。厳密に言えば、 違うんだけど、考えているスケールでよい近似になっていればよいわけです。たとえばカメラのレンズの設計など、このような近似で十分うまく行うことができます。（逆に素粒子論的にカメラレンズを設計するのは、原理的には可能でも、計算能力的に不可能でしょう。） ただ、どういう近似をしたかを忘れてしまうと、最初の質問のように矛盾に見えることがでてくるわけです。 >真空の空間は何もないではなくエネルギ－を与えると >物質ができる場でよろしいのでしょうか？ そうです。しかもエネルギーを与えなくてもゆらゆらと（粒子ができたり消えたり）揺らめいているのです。このあたりが自然の不思議さですね。 この揺らぎも日常は意識することはないのですが、極限的な物理実験ではよく現れてくる現象です。
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- apple-man
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＞そうすると空間にも最小単位があるのでしょうか’（映画の１コマ１コマのように また時間にも最小単位が存在するのでしょうか？ そう考えている学者は多くいるのですが、 広く認められた理論はまだありません。 離散的空間の理論とか、空間の量子化 問題などと言われるのですが、時間を 含んだ空間全体には、これ以上小さくする ことのできない最小の単位があるのではと いう考えがあって、これを最初に 具体的な理論として発表したのは、 日本の湯川秀樹博士でした。 博士は１９４５年にこの量子化された 空間の理論を発表して、１９６０年代には この発展版として、素領域理論というのは 発表しています。 ＞時間にも最小単位が存在するのでしょうか？ 現在、その有力候補は、プランク時間と 呼ばれている時間の長さです。
- nzw
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>真空中を移動する光は空間自体を媒体にしていると言う事にばるのですか？ だいたいあっているのですが、厳密には違います。 光は媒体を伝達する古典的な波ではなく、空間を移動する『量子』だからです。 古典的な波の場合、移動するのは媒体の振動情報だけです。たとえば南米で 発生した地震による津波が日本にくる場合を考えると、南米の海にあった水分子が 日本までくるわけではなく、南米の海水の振動がすぐ隣の海水を揺さぶって、 その揺さぶられた海水が隣の海水を揺さぶって、という風に媒体（ここでは海水） 中を振動の情報だけが伝わっています。 情報を伝えるものが媒体であり、媒体が無いと古典的波は伝播しません。 また、古典的な波は広がりを必ず持ち、空間の一点に局在しているわけでは ありません。 これに対し光は、実際には光子という、一定の速度（光速度）で真空中を移動 している粒子（量子）の集まりです。導線中を流れる電流が、実際には電子という粒子の 流れであるようなものです。日常目にする光はあまりにも多数の光子が含まれて いるため、粒子性が意識されることはあまりなく、そのため古典的な波のように 見えているだけです。古典的な波として近似した場合、物質中では光の速度は 変化したように見えます。 ただし、物質もすべて粒子（電子や陽子や中性子）から構成されていますので、 光の粒子性が現れるような微小な領域では、物質も真空中に存在する粒子として 扱う必要があり、そこまで微視的な状況では、光子は常に光速度で移動しています。 特殊相対性理論の光速度不変の原理は、この状況を言っているのであり、近似的な 古典的光の速度が変化するということと矛盾しません。 なお、光子や電子などが存在する「真空」も何も存在しないという古典的な 概念とは若干異なります。真空とは粒子を生み出す能力を持つ存在であり、 エネルギーを与えれば真空から光子や電子などが発生したりします。イメージ的 には、素粒子とは水の中の気泡のようなものでしょうか。スクリューでかき回せば 何も気泡がない海水中に気泡ができるように、エネルギーを与えることにより 光子などの素粒子が発生します。 >、そうすると空間にも最小単位があるのでしょうか’（映画の１コマ１コマのように >また時間にも最小単位が存在するのでしょうか？ 空間や時間は、連続的なものとして物理理論では考えられています。ただし、 不確定性原理というものがあり、位置の不確定性と運動量の不確定性の積、 時間の不確定性とエネルギーの不確定性の積はある一定値以下にはなりえませんので あまり小さな空間や、非常に短い時間のことを考えようとすると、運動量やエネルギー が非常に大きく揺らぐことになりますので、実験などでそれら微小領域や微小時間 を検証できなくなるということはあります。ただし、角運動量が離散的な固定値しか とりえない（最小単位が存在する）のとは本質的に異なります。
補足
有難うございます。 光子という、一定の速度（光速度）の量子（素粒子かな）だとしますと光は粒子と波の性質をもっているので光粒子１個を２つのスリッドに向けて飛ばすと両方のスリッドから１個のはずの光子が両方に出現すると本には書いてありました光子がけが特別かわった性質をもっているのですか？ また重力が伝わる速度も光速度以上はありえないのでしょうか？（重力事態何なのかがわかりません） 私には光と重力、時間はいまだにイメ-ジしにくい存在です、、また大きい世界と小さい世（量子力学）が同一の空間にありながら法則が位置しないのも不可解です。 真空の空間は何もないではなくエネルギ－を与えると 物質ができる場でよろしいのでしょうか？ 宜しくお願いいたします。
- tosiki
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光速度不変法則だから光速度は絶対だ。 この考え方は間違いを引き起こす可能性があります。 条件は真空中に限定すべきです。 光速度は不変で、重力で空間が曲がっている。 光速度は不変で、重力で時間軸が遅れている。 こういう事は聞いた事がありますが、あらゆる条件下で絶対だ。こうは聞いた事がありません。 ニュートンの万有引力の法則も、強風や空気があれば 証明出来ません。（紙は飛んでいってしまう） なら、相対性理論＝ニュートンの法則を証明出来る。 のであれば、条件は宇宙空間、真空を付与すべきです。 この世に絶対はありえないそうです。＾＾ Ｅ＝ＭＣ＾２って遠心力の公式とほとんど一緒なんです。 これはてきとーに作成したとしか思えません。＾＾； もしかしたら相対性理論が覆される日も来るかもしれません。＾＾
お礼
皆さん解回答有難うございます 光速度が定義されている条件は真空中での話しなのですね。 また物質の中を通過するさい光が新たに生成されたものだとは創造もつきませんでした大変参考になります 有難うございます。 真空中を移動する光は空間自体を媒体にしていると言う事にばるのですか？、そうすると空間にも最小単位があるのでしょうか’（映画の１コマ１コマのように また時間にも最小単位が存在するのでしょうか？
- Kon1701
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ガラスの中などでは、光の速さは真空中の光の速さよりも遅くなります。 ちょっと外れますが、たとえば水中では水の中の光の速さ以上で物質が移動することは可能です（真空中の光速以下）。 このとき、チェレンコフ光が発生します。原子炉の青い光などがこれですね。
- nzw
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物質を通過した光は、もとの光そのものではありません。 物質を通過することにより、物質に光が吸収されたり 光が物質中の電子などを揺さぶることにより新たに 光が発生します。出てくる光はこれらが合成された ものです。それら物質との相互作用により、位相が ずれるため、巨視的にみれば光の速度が遅くなった ように見えるのです。 あくまで位相的に見て速度が変わったようにみえる だけで、微視的にみれば光速度は変わっていません。 一般相対論的効果のように本当に光子の速度が変わ っているわけではありません。 詳しく知りたければファインマン物理学のII （光 熱 波動）でも読んでください。
- cocksan
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どんな状況でも光速が一定(不変）なのではなく、 真空中の光速が一定なのでそこのところが間違ってます。 物質中の光速は、物質の屈折率の影響で c´＝ｃ_0／ｎ になってます。 ｃ´物質中の光速 c_0真空中の光速 ｎ屈折率
お礼
ただ、どういう近似をしたかを忘れてしまうと、最初の質問のように矛盾に見えることがでてくるわけです。 この一文は大変参考になりました、私が読んでいた本などでは書いてありませんでしたので私なりに理解したつもりでも矛盾があって理解できませんでした、 近似で大きい世界の法則を説明しているだけで厳密には量子力学が真の法則なんですね、 皆さん大変参考になりました有難うございました、 初歩の物理学の本などはこの肝心なことが書かれていないケ－ソが多いです。