どうして物質の中を通る光の速度は変わるのですか？

質問

タイトル通りなのですが、光速度不変の法則というものとの関係がわかりませんので教えてください。

回答No.1

pyon1956 · ベストアンサー

光速度不変の法則はあくまで真空中の光速度が、観測者・被観測者の相対速度にかかわらず不変だ、といっているだけです。
物質中では電磁相互作用により光も影響を受けて遅くなります。場合によって例えば物質中での光の速度より速く運動する粒子などが観測されることもあります。この粒子が出す衝撃波がチェレンコフ光です。

お礼

ご教示有難うございます。光の速度が小さくなっているときに質量が消滅すると出てくるエネルギーも少なくなるのでしょうか。

回答No.4

noname#11476

>速度が媒質中で遅くなった光の、エネルギーなどは変化しないのでしょうか

速度が変わったからといって光のエネルギーが変化する理由はまったくありません。
多分気にされているのは通常の質量のある物質の速度が変化－＞運動エネルギーの変化ということだと思いますが、この場合はあくまで何らかの力が加わるなどして、運動エネルギーがロスするので速度が変わるという現象ですね。
一方光の場合は媒質によりエネルギーをロスして光の速度が遅くなるわけではありませんから、そのようなことはないのです。光に限らず波は一般にそういう性質になりますね。音波等も同じです。

ただ現実の媒質というものはわずかでも光を吸収しますので、この吸収により損失が発生することから光のエネルギー自体は少なくなるでしょう。これは散乱という形でもう一度光の再放出が起きる場合もあるし、熱エネルギーのような形に変わることもあります。

お礼

かさねがさねご丁寧に解説をしていただき誠に有難うございます。勉強させて頂きます。

回答No.3

noname#11476

まず光速度不変原理の意味するところをしっかり把握されると、物質中の光の速度の話とは全然次元が違うということに気がつくでしょう。

まず光の速度を測ることを考えます。この時に基準座標、つまり速度０の座標を定めないと速度は測りようがないですね？
では何が速度０の基準座標なのかという問題を解決する必要があります。

昔アインシュタイン登場前には、光は何もないところを進むのではなく「エーテル」という媒質があり、その媒質により光が伝わると考えていました。
そう考えると、光の速度はそのエーテルを基準座標系として速度を測れば良いわけです。

ところが幾ら調べてもそういう物質が見つかりませんし、逆に観測結果と矛盾点が生じてしまいます。

そこで登場したアインシュタインはそもそもエーテルは存在しない。光は「どの座標系から見ても一定の速度である」としました。これが光速度不変の原理です。

どの座標系から見てもという意味は、どういう速度で動いている物体を基準に測定しても速度が一定であるということです。

たとえば地球上で立ち止まっている人の座標、地球上で列車に乗って移動している人の座標、太陽を原点とした座標ｅｔｃ．．．．どの座標から見ても速度が同じに見えるというのです。

これは奇妙な話です。単純に考えると地球上で速度ｖで動いている場合と止まっている場合で、同じ光を見たときに同じ速度に見えるというのは不思議な現象です。
だってたとえば同じ事をたとえば車の速度の測定に当てはめれば、相対的な速度は異なっているはずだからです。

でも同じであるとした。これが光速度不変の原理です。

媒質中を進む光は当然媒質の影響を受けて速度は変わりますが、上記はあくまでそのような影響のない真空中、つまり媒質が何もない状態で進む光についての話です。

お礼

ご教示有難うございます。速度が媒質中で遅くなった光の、エネルギーなどは変化しないのでしょうか。

回答No.2

pyon1956

＞光の速度が小さくなっているときに質量が消滅すると出てくるエネルギーも少なくなるのでしょうか。
E=MC^2のＣは真空中の光速度です。だから少なくなりません。

お礼

ご回答有難うございます。勉強させていただきます。