- 締切済み
光は本当に電磁波ですか？
sanoriの回答
- sanori
- ベストアンサー率48% (5664/11798)
（１） 「最初に証明された」というよりも、まず、「最初に気づいた」ということの方が、歴史的に、はるかに重要です。 まず、 古典電磁気学は、全て「マクスウェルの４つの方程式」で記述され、これ以上でもこれ以下でもありません。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF%E3%82%B9%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%83%AB%E6%96%B9%E7%A8%8B%E5%BC%8F そして、 この方程式により、 電場の変化が磁場を生み、磁場の変化が電場を生み、という、２人１組のダンス、すなわち、電磁波が予言されました。 そして、試しに、その電磁波の進行速度を計算してみました。 それは、電磁波を伝える媒質の誘電率と透磁率という２つの定数だけで決定されます。 そして、 「真空の誘電率」と「真空の透磁率」というものは、現実にあります。 この２つの数値（過去の電磁気学の実験データから得られた数字）を使って、ためしに計算したところ、 驚いたことに、たまたま、 「地球を１秒に７周半ぐらいするスピード」 という、 まさに、「どこかで見たような数字」の計算結果が出たのです。 http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k4housoku/maxeq.htm http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%A3%81%E6%B3%A2 この「事件」で、マクスウェルの、物理学史上の地位は不動のもの、確固たるものになりました。 あとは、 色々な実験で、光と電磁波とは同じ性質を示すという事実を、地道に積み重ねていっただけです。 （２） 中学校あたりの理科で「音さ」の実験やりませんでしたか？ ２つの音叉を離して配置しているのにも関わらず、一方を鳴らすと、もう一方も鳴り始めますよね？ そうです。 共鳴です！ 叩いた音叉から出た音の周波数と同じ値の固有周波数を持つ物体があれば、その物体は振動を始めます。 味噌汁を手で運ぶとき、手が震えると、味噌汁はこぼれますが、手のぷるぷると、おわんの（中の味噌汁の）固有振動数とが一致すれば、味噌汁の振れはどんどん増殖し、こぼれるという悲しい結果になります。 ところが、 手のぷるぷろの周期を中途半端（たとえば、１．５倍とか）にすると、不思議と味噌汁はこぼれません。 （やってみてください。間単に実験できますから） 電気回路でも、固有振動数・周波数を持つような回路を作ることが可能です。 （逆に振動を発生させるほうが、発信器です。） そのような回路というのは、Ｒ（抵抗）、Ｃ（容量）、Ｌ（インダクタンス）で特性を決めます。 このうち２者だけでも実現は可能です。たとえば、Ｌは使わずにＲとＣだけでも出来ます。 この場合、実は「ＲにＣを掛け算したもの」というのが、固有の周期と直結した数字になります。 これを「時定数」と呼びます。 あとは、ネットで、その辺のキーワードで検索すれば、いくらでも解説は出てきますので、私からの説明は以上で終わりにしますが、 「時定数」＝ＲＣ という数字の考え方の不思議さを、ちょっと紹介します。 抵抗Ｒの単位はΩ（オーム） Ω＝ボルト／アンペア （１ボルトかけたときに１アンペア流れる状態を、かこの学者が「１Ωの抵抗です」という約束事として決めた） 一方、 容量Ｃの単位は、Ｆ（ファラッド） Ｆ＝クーロン／ボルト （１ボルトかけたときに１クーロンたまる状態を、かこの学者が「１Ｆの容量です」という約束事として決めた） クーロンは、電荷の大きさです。 それは、つまり、電子の個数に電子の電荷を掛け算したものです。 つまり、 １秒当たりにたまったり流れたりする電荷とは、１秒当たりに移動する電子の数（に電子の電荷を掛け算したもの）、 それはすなわち アンペアです。 ということは、 Ω ＝ ボルト÷アンペア ＝ ボルト÷（クーロン÷秒） ＝ ボルト×秒／クーロン ということは、 Ω×Ｆ ＝ ボルト×秒／クーロン × クーロン／ボルト ＝ 秒 ということで、 驚いたことに、ＲとＣを掛ければ時間になります。 単純な例を紹介しましょう。 電池とＲとＣを直列つなぎします。 すなわち、 電池の＋ → Ｒ → Ｃ → 電池の－ とつなぎます。 このとき、 「Ｃに充電するのにかかる時間は何秒か？」 単純考えでは、 電流は、Ｖ／Ｒ だから、Ｃに電圧Ｖを充電するには、 Ｖ・Ｃ ÷ Ｖ／Ｒ ＝ ＲＣ です。 もうちょっと踏み込んで考えますと、 充電が進むごとに、Ｃの両端にかかる電圧は減少していくので、充電スピードが落ちていきます。 このとき、満充電状態を「１００％」と書けば、 結果だけ書きますと、 充電された電圧 ＝ １００％（１ － 2.718の（経過時間÷(ＲＣ) ） になります。 ここに登場する「２．７１８」という数字は、高校の２～３年の数学で習う、 自然対数の底 ＝ ｅ ＝ 2.718281828・・・・・ のことです。 円周率π（3.14159265・・・・・）が、生活に役立つことは誰もが直感的にわかることだと思いますが、 このように、ｅも、ちゃんと役に立ちます。 （銀行の金利の計算にも使いますし、洗濯物の乾き方の計算にも使えます。）
関連するQ&A
- 電磁波と光子
電磁波と光子 古典的な電磁気学を勉強してます。 基礎的な質問だと思うのですが、 マックスウェル方程式によれば、 rotE＝-∂B/∂t divD＝ρ rotH＝J+∂D/∂t であるから 電界の波動方程式が求まって そこからヘルムホルツの方程式が導けて 電場と磁場の関係から x軸方向に電場が正弦波状に変化するとき y軸方向に磁場も正弦波状の変化をするっていう あのよく見かける電場と磁場が一緒に描かれてる図まではなんとなく理解して 電磁誘導→電場ができる 変位電流→磁場ができる 要するに「電場と磁場の相互作用が電磁波」みたいなまとめでわかった気になってたんですけど、 光は「光子」というボース粒子によって電磁力を伝えたりして、光子は質量ゼロ、電荷ゼロであって…… みたいな量子力学の解説書に、光子は電場や磁場との直接的な相互作用はほとんどないって書いてあって、 たしかに電荷ゼロなら影響ないだろうなって思うんですけど 光 ＝空間の電場と磁場の変化によって形成される波（波動）である。 ＝微視的には、電磁波は光子と呼ばれる量子力学的な粒子 (wiki) みたいに書いてあって、 電場(静電場?)って重ね合わせの原理が成り立つから 電磁波が電場と磁場の相互作用なら、真空中とかで電磁波に電場とか加えるとなんとなく振幅が変わるような影響を簡単に受けそうな感じがするので、光子に電場や磁場との相互作用がほとんどないって記述がどうも引っかかって…… でも電磁波と電場および電場のかかっている物質との間に作用するいわゆる電気光学効果(ポッケレス効果とか)は非線形光学結晶などが必要と聞きかじり、電磁波の波長を変換したりするのって大変なんだなーって思うところまで勉強しました。 粒子性と波動性があるといろいろ複雑なのでしょうか…… 粒子性で考えると影響なくて 波動性で考えると電気光学的な影響がある…みたいな そもそも電磁波の波長とかってnmレベルですし、ただの波じゃなくて複素数の波動関数ですもんね。 あ、完全に影響なかったらそもそも非線形光学効果なんてないのだから、「ほとんど」影響ないってのはそういうことか… 量子論を修めろってことですね…… 己が浅学さを反省して、そろそろ19世紀の考え方から20世紀の考え方に移行しようと思います。
- ベストアンサー
- 物理学
- 電磁波に関して（基本的なこと？）質問します
電磁波に関して（基本的なこと？）質問します 最近、量子力学の本（一般者向け）を読んでます。 いろんな本に光についての説明があって、それは波動性をもった電磁波の一種で、電磁波の説明がありますが、どの本も同じ内容で 「電場の変化→磁場の発生 磁場の変化→電場の発生」・・・こんな説明です。 これは電磁誘導（電線の上に方位磁石を近づけるとか）で昔学校でならったのは覚えています。 ただ、何故電場が変化すれば磁場が発生するのか、何故磁場の変化が電場を発生させるのか・・・・そのメカニズムについては、説明してる本に出くわしません。 そしてよく光の説明でイラストに登場する波の山谷は何を示しているのか、 電場磁場の発生メカニズムと関わりがあると思いますが。。。 電場・磁場・・・・互いの発生因果関係（メカニズム）、イラストの矢印の大きさの意味を教えてください。 または、それが解説されている本などの紹介でも構いません。
- 締切済み
- 物理学
- 赤外線・光・Ｘ線・ガンマ線はなぜ電磁波か
赤外線・光・Ｘ線・カンマ線は電磁波、となんの疑問ももっていませんでした。 先日、ある書き込みを見てその根拠はなんだったか思い出せないのです。 マイクロ波までは発信方法やプローブなどの受信方法から大体疑問はないのですが。 赤外線・光・Ｘ線・ガンマ線はどのような根拠で電界・磁界が伝播していると結論できたのか教えて下さい。 本や記事でも結構です。
- 締切済み
- 科学
- 電磁波は一体何が振動しているんでしょうか？
ずっと不思議だったのですが、電磁波は波長はあるのに、媒体が無いと教科書には書いてありました。 一見矛盾しているというか、意味が通じないように思えるんですが。。。 色々量子力学などの本を読んでみたのですが、いまいちよく分かりません。。 どなたか説明お願いします！ 後、理解に役立つサイトや書籍などがあればお願いします！
- ベストアンサー
- 物理学
- ハイゼンベルクという科学者がアインシュタインほど有名でないのはなぜでしょうか
科学の本を読むと、量子力学と相対性理論が作られたのが20世紀での物理学上の最大の進歩だと書いてあるのが見られました。 相対性理論の方はアインシュタインが大変に有名ですが、 量子力学を作ったというヴェルナー・ハイゼンベルクという科学者は、アインシュタインより知名度が明らかに低いのはなぜなのですか。 量子力学が相対性理論のように大変な進歩だったなら、ハイゼンベルクという人がアインシュタインのように誰でも知っている人物になるはずと思ったのですが、どうしてでしょうか。
- ベストアンサー
- 物理学
- 科学の種類について
最近科学に興味をもったのですが、科学の種類が多く何がどの様な分類となるのかが分かりません。 理系も出ていませんので、科学といわれる物には何があり、何に分類されるのか教えていただきたいと思います。 私が小学から高校までで学んだことから思っているのは、 理科が科学の基本である。 科学には「物理学」「生物学」「地学」「化学」の分類がある。 量子力学は物理学の一種である。 力学は物理学の一種である。 自然科学は？？ 情報科学は？？ という感じででいまいちわかりません。 もっと色々な種類の科学があるとおもいますので、できれば全部知りたいと思ってます。 またその種類がどんな分類なのかも教えていただきたいと思います。 よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 科学
- 電磁場と光の関係
マクスウェル方程式によれば真空中で振動する電荷は磁場を変化させ、磁場の変化は電場を変化させ磁場電場が連続的に生成し、その波いわゆる電磁波が光の正体だなどという記述をいろいろな書籍で見かけます。 1.ここで磁場と電場がそれぞれ波をつくっていることは理解できるのですが（以下の内容を疑問に思っているということは理解できていないのかも知れません）、それを合わせて電磁波などという一つの波として伝播速度が光を同じだから、光は粒子ではなく波であるとするということが分かりません（あわせて一つの波にしているのではないとは感じますが）。つまり電磁波は２種類の異なった波が伝わっているということなのに物理書などではそれが一つの波であるかのように扱っているように見えるのです。 「電場の波と磁場の波とどちらが光か？」と問うことはできないのでしょうか（もちろんできないのだろう なとは思うのですが、この二つを合わせたものを電磁波、光というということの意味がわからないのです）。 電場の波の変位は電場の強さと方向を、磁場の波の変位は磁場の強さと方向を表すものであって、普通に光を考えるときによく見るような横波で変位が光の強さを表す波とは異なるものであると思うのですが、前者（電場変化と磁場変化の伝わり）から後者（光そのもの?を考えるときに使う波動）はどのようにしてでてくるのでしょうか。 2.また光を波として考えるとき通常の波のように山と谷がありますがあれは、実際に、何かが人間の感覚のレベルでは感じられない振動しているのか、それとも回折や干渉を説明するため、また光を量子力学で波長ｈ、振動数ｖを導入して扱うためのものであって何かが振動（山谷を繰り返している）わけではないのでしょうか。 両方の質問とも、光は電場と磁場の伝わり合いであり、光がまた一つの波をつくっているのだと思いますが、電場変化、磁場変化を表す波（電磁波の伝播を表す波）と光の強度を振幅の変位にとった波とはいかなる関係にあるのかということなのです。 電磁気の本には光は電磁波の伝わりとして書かれて終わっていて、光を波動として回折、干渉などを考える本ではいきなり光は波動であるとして波長や振動数を導入しており両者の関係がよく見えてこないのです。この方面にお詳しい方もしお時間ございましたら、見当違いの質問かも知れないのですが、教えてください、よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- 電磁気学と力学（とくに流体）の相違点について
電磁気学と力学（流体含む）についてお尋ねします。 両者には原理的な部分で大変類似性があると思います。実際の現場は大変なちがいになると思いますが。原理の方ですが、相違点があるとしたらどのようなところでしょうか。両者に読み替えができるということですが。 電流 ⇔ 流量 電圧 ⇔ 圧力 など。 私のこれまでの経験では、以下のようなことがありますが。 １．電磁気にはベクトルポテンシャルがあるが、流体力学にはあまり出てこない。 ２．流体力学の流速は千差万別で、流速がどのように分布するかが大きな興味ですが、電子では流速の空間分布にあまり関心がない。（そんな気がするというぐらいですが） ３．電界・電荷に対応した概念が流体力学にない？ このような違いも実は、読み替え（対応物）がある（例えば名称としてはないが）ということになるのではないでしょうか。 電磁流体力学という分野がありますから、相互乗り入れできるという意味で類似と相違があるということなのかなと思います。 突き詰めると、統一理論になるのかもしれませんが、そこまで大げさには考えていませんが。 よろしくお願いします。
- 締切済み
- 物理学
- 「量子力学」と「スピリチュアル」は関係あるのでしょうか？
「量子力学で生命の根源を探っていくと、それが粒子ではなく波であり、全ての物質が同じような波でできている。」「それが宇宙のエネルギーであり、その力を信じることが出来れば、あらゆる願望を叶えることが出来る。」といったことが書かれているスピリチュアルの本を、何冊か読んだことがあります。 この人は量子力学に関する本も出しているようで（店頭で見たことはありませんが）、スピリチュアルは科学的に証明できると本の中で書いています。 http://www.bodymindspirit.co.jp/chopra/ でも、本当なのでしょうか。こじつけのようにも見えるのですが…。量子力学を知っている方から回答をいただきたいと思い、質問をしました。よろしければお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学