光の波と水面の波が違う原因を教えてください。お願いします。

質問

光は波だといいますが、波ということは「じぐざぐ」ってことですよね。どうして真っ直ぐじゃなくてわざわざ「じぐざぐ」するんですか。

水面の波は重力と反発力の結果だと考えてます。たとえば池なら、水分子が積み重なってできた均一な頂上が衝撃を受け乱されて波となる。均一なのが自然なんだから、もとに戻る過程で「じぐざぐ」するのは分かる。

ところが、光の場合のこの「じぐざぐ」の理由がイメージできません。

なんか、すごい初歩的なところでつまずいてる予感がするんですが、よろしければ教えてください。

回答No.6

threetree · ベストアンサー

『均一なのが自然なんだから、もとに戻る過程で「じぐざぐ」するのは分かる。』という部分を見ると、元の位置に戻ろうとする力が波を作っていることにお気づきのようですね。その力を「復元力」といいます。私も光も波だから光の本質には復元力が関係しているのだろうと思っていたので、大学の電磁気学の先生に聞いてみました。すると、No.3さんの言うように、電場の変化が磁場を変化させ（アンペール・マクスウェルの法則）、磁場の変化が電場を変化させる（ファラデーの法則）ことの連鎖がずっと続いていくというのが本質のようで、「他の波と対応させて理解しようとして光の復元力について考えるのはやめたほうがいいでしょう。同じ波でも原理はすこし異質なものです。」とのことでした。

お礼

復元力！
そうか、その単語で第１ステップに届いた気がします。また、三木さんは言葉遣いも優しいんですね。感動です。
３番さんのコメントと併せ読んでいきます。
ありがとうございました。

回答No.7

threetree

さきほど「なるものはなる」的な回答になってしまいましたが、もしあなたが理学をこころざすのであれば、ご自分で新たな発見をするか、飽きるかするまで心に留めておくのもいいかと思います。もしかしたら実は復元力でうまく説明できるなんてこともあるかもしれません。すごく大変だろうとは思いますが。

お礼

追伸をありがとうございます。
「光波の復元力の源は何？」という疑問文が完成したところでおいておきます。その先は激しくエーテル臭が漂っていますから。
私は今年、後厄の歳なんですが、もう25年間もこの文章を探していたんですよ。
みつかって良かった。ありがとう。

レスしてくださった皆さん、この場を提供してくださったGOOさんありがとうございました。

回答No.5

ytrewq

No.3 に補足します。
波とはエネルギーの伝播であるともいえます。
波は２つのエネルギー状態が交互しながら空間を伝わります。従って、波が伝わるためにはそのエネルギーが存在し得る状態が空間に存在していればよいのです。光を含む電磁波は電気と磁気によって伝播します。
やや大雑把ですが、電流を流すと周囲に磁場が生じ磁石が動きます（モーターの原理）、磁石を動かして磁場を変化させると電流が生じます。（発電機の原理）
電気と磁気は振り子の位置エネルギーと重力エネルギーのように互いにエネルギーを交換しうる関係にあります。

お礼

粘り強く愚問に答えてくださって、本当にありがとうございます。
６番さんの引き合いと併せ読んで、なんとなくイメージが掴めたような気がします。
どうやら、５番さんはずっと解答を出してくれてたんですね。けれど、私の理解不足で、このコーナーをひっぱってただけのようですね。

回答No.4

SCNK

光も水面波と同様に横波です。

水面が均一なように、空間の場も均一です。電場も磁場も中立なのですが、そこにいずれか一方を起こすと、もう一方が生じるのです。

ダイポールアンテナを想像するとわかり易いでしょう。一方の端に電荷が移動しますと、プラスとマイナスの間に電界が生じますね。ところがダイポールの両端は有限ですから、次の瞬間、プラスからマイナス、マイナスからプラスへと電荷が移動します。電荷が移動するということは電流ですから、その周りに右回りの磁界が生じます。そして次には反対の端に電荷が移動し、次に逆の電流が流れて、逆の磁界が生じます。

これを抜き出して書くと、＋の電界、＋の磁界、－の電界、－の磁界の順となります。それぞれ＋、－で界が異なり、弾き飛ばされてゆくのです。

お礼

さっそくのレスありがとうございます。
おっしゃってるお話の内容の９割が難しすぎてわかりませんでした（T.T）
その中で、「ピン！」ときたフレーズがありました。
「空間の場も均一」って言葉。
なぜ「均一」と断言できるのですか。また、その均一を生み出す力はなんですか。空間の性質を決めた原因因子はなんなんでしょうか。
すみません。どうかどうかお願いいたします。

回答No.3

ytrewq

そもそも波とは「なにかの周期変動」が空間に伝わることをいいます。
水面の波、津波、音、地震、電波などさまざまなものがあり、周期変動するものは多様です。
光は粒子と波の両方の性質を持っていますが、波としては電磁波（電波）として考えることができます。
電場が変化することによって、磁場が変化します。磁場が変化すると、電場が変化するという風に伝わっていくのが電波です。

お礼

レスありがとうございます。
「周期変動が伝わる」には、その前提として「安定した状態が存在しうる」ことが必要と勝手にイメージしてます。
水面で言うと「波ひとつない」状態。これは「重力」と「水分子の積み重なり斥力」の均衡がとれた状態ですよね。水波はこの状態が存在して始めて、この水面に生じることができるとイメージしてます。
光波と空間の関係で、この水面の例の「重力」「斥力（？）」にあたるものは、なんなんでしょうか。
激しく愚問かもしれませんが、どうかお願いいたします。

回答No.2

noname#175206

光も粒子（光子）としてみた場合は真っ直ぐ進みます。
波としてみた場合は、電場的な振動と磁場的な振動が釣り合って安定して存在し進むことができます。
この電場・磁場的な様子を、その強さと進行方向でグラフに描くと波のようになりますが、実際にそんな形で光＝電磁波が進んでいるわけではありません。
だから、じぐざぐというのとちょっと違います（これは水面の波についても同様で、じぐざぐなのではありません）。

お礼

レスありがとうございます。
１番さんのおっしゃった「流れ」をキーワードにしてご回答を読み込んで行きます。

回答No.1

GREY7

光は「ジグザグ」ではなく直線的に進みます。
波とは「流れ」の意味だと思ってください。

お礼

さっそくのレスありがとうございます。流れですね。
分かりました。