光について

質問

光は、質量は、ありますか。もしあるとしたらどのくらいですか。
色は、何色になりますか。

回答No.8

stomachman

回答No.3にある通り、「光」と呼んでいるものは、人が目で見ることが出来る波長領域の電磁波のことを指します。 電磁波は「光子」という粒子で出来ています。そして、光子の質量は0です。

　それぞれの光子は特定の「波長」を持っています。
　波長が長いものから順に、「電波」「赤外線」「可視光」「紫外線」「Ｘ線」という風に名前が違いますが、「光子には５種類ある」という訳ではなく、（丁度、何メートルの高さの木があるか、と問うのと同じように）波長の長さは連続的です。（細かいことを言えば、これらの区分の中にもさらに細分化された名前があります。）しかし、可視光の範囲にある波長は「目に見える」という著しい特徴を持っていますね。
　可視光である光子の波長はNo.5にある通りです。

　可視光のうち、波長が長いものが人の目の網膜にぶつかると赤く見えます。波長の短いものだと紫色にみえます。可視光のうち波長が長いものから短いものまで、色を並べて見せてくれるのが虹です。「虹の七色」なんて言いますけれど、きちんと七つに分かれて見える訳じゃありませんよね。虹の外側から内側へ見ていくと、じわじわと色が変化して見えます。だから、「色が何色あるか」と問われれば、確かに「幾らでも」と答えるしかありません。

　だったら「色」とは「光子の波長」のことなのか？「どんな色でも、それに対応する波長があるのか」というと、これは全くの間違いです。
　光を目で見るというのは、沢山の光子が次々と目の網膜にぶつかるということです。大抵の場合、これらの光子の波長はそれぞれ異なっています（レーザー光線は例外で、光子の波長がみな同じです）。どのぐらいの量の光子が目の網膜にぶつかっていて、そのうちどのぐらいの波長の光子がどの位の割合で含まれているか、ということによって色が決まります。
　たとえば「白色の波長」だの「茶色の波長」というものはありません。いろんな波長の光子が混ざり合ってぶつかってくる状態が「白色」や「茶色」に感じられるんです。

　では、いろんな波長の光子が混ざり合って目に飛び込んだとき、どんなふうに色が決まるのか？これは光の性質ではなくて、人の目の仕組みによって決まるのです。つまり「色」というのは物理ではなく、生物学の問題なのです。
　詳しく説明するととても複雑になってしまいます（「色 波長 錐体」などをキーワードにして質問検索してみて下さい）が「同じ色に見える混ざり方が、実は何通りもある」ということが特に重要です。
　この事実を利用したのがカラーテレビです。赤・緑・青の３種類の波長の光子を適当な割合で混合することで、どんな色でも表現できる。（虫眼鏡でモニターの表面を良く観察すれば、これら３色が光っているのがわかります。）ところが、カラーモニターが出している光は、実物を見たときに目に飛び込む光の光子の混ざり方とは似ても似つかないんです。

ちなみに、
＊ どんなものであれ、速度によって質量が変わることはありません。ですからNo.6は誤りです（が、これは間違った説明を乗せている啓蒙書が非常に多いため、半ばやむを得ない誤解です）。

＊ ご質問とは関係のない話ですが、光子は真空中では一定の速さで飛びます。それ以外の速さになることができない。これを「（真空中の）光速」と言い、普通"c"という文字で表します。No.6にある通り、c=秒速30万キロメートル。しかし、ガラスや水などの物質の中ではこれより遅い速さで進みます。

＊ 全ての色の成分（波長）を持っている光子というものはありません。No.2はその点で誤っています。そうではなく、いろいろな波長の光子が集団で飛んでくるんです。青い服の話は、「成分」を「光子」と書き換えれば正しいです。

＊ここで触れていない番号の回答者の方々には、こちらのURLをご参照戴ければと思います。
→ http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=41824