光の直進性

質問

カテゴリーが間違っていたらすみません。
光は重力場で曲げられるという話は良く聞きますが、もっと初めに光は宇宙空間ではなぜ直進するのか全然わかりません。長波長の電波もやはり同じですよね。ご専門の方の見解をお願いします。当方マクスウェル方程式ぐらいは（しか）わかりません。

回答No.7

noname#26663 · ベストアンサー

物理的に、
波動の公式に合います。
粒子の公式にも合います。

ここで、量子と言う概念に当てはめます。
つまり、
波動ではありません。
粒子でもありません。

外力を受けなければ物質は同じ運動を続けようとします。
（慣性の法則）

電波の速度が重力で落ちないのは、重さと言う概念が無いからです。
進路は座標が曲がるので曲がります。
重力の干渉が無ければまた座標を直進します。

光も速度は落ちません。
粒子の特性はあるのですが、
光子は質量０のゲージ粒子と言われています。

つまり、重さの関係ある物理方程式が使えませ。

お礼

論理的で説得力のあるご回答を頂き大変ありがとうございました。光という言葉を経験の中で一般化して使っているため鉛筆で描くように極めて細い線分を構成していることを前提にしています。でも中身は粒子性と波動性を兼ね備え＃５の方が言われた様に不確定性な側面も持つ光をゴルフボールと同じ土俵で議論しようと言うのに少し無理があると感じました。この話は光に何か性格付けをしてからの方が良いのかも知れません。もう少し勉強してみたいと思います。問題を整理してから再度質問させて頂きます。ありがとうございました。

回答No.6

nonnian

＞光は宇宙空間ではなぜ直進するのか

あの～素人ですが…、あまり難しく考えない方が良いのではないでしょうか？？光って地球上で曲がった存在として観測されています？ふつう地球上で直進だったら「直進のものとして宇宙で議論」するんじゃないでしょうか？（なんて言えばいいのかな、デフォルト？叩き台や原案は直進。）まず普通はそうですよね。そこから「宇宙で曲がる事例探し」みたいなのが始まると思います。「地球上ではｘｘｘだけど宇宙ではｙｙｙのこともある！」という発見にね。じゃあ何故地球上では直進？という疑問は「観測されたから」なんでしょうね。蛍光灯みたいなのに上下から電圧をかけて電子を曲げたりしませんでした？ま、あれは電子でしたが、光だっていろんな研究者が同様の「曲げる実験」を繰り返したと思います。どんな装置かは分りませんが。。結果的に直進するものと考えたんでしょう。

お礼

大変本質的なご回答ありがとうございました。質問自体が少し哲学的みたいで反省しています。
＞あまり難しく考えない方が良いのではないでしょうか？
＞光だっていろんな研究者が同様の「曲げる実験」を繰り返したと思います。どんな装置かは分りませんが。。結果的に直進するものと考えたんでしょう。

そのとおりですよね。光の速度はなぜ３０万ｋｍ毎秒かという質問に近いのかもしれません（笑）。そう思いながらも何とか曲がれば面白いのにとも考えて直進の理由を質問させていただきました。失礼しました。

回答No.5

Mr_Holland

＃２です。
補足を拝見しました。一般人の私に質問が出るとは思いもよりませんでしたが。

＞変分原理とは２点間をつなぐ光の持つエネルギーを最小にすると理解しても良いのでしょうか。最小作用の法則とは同じものですか。全く別の物理的意味を持つのでしょうか。

私も不勉強なのでよく理解していませんが、変分原理を幾何光学に用いるとフェルマーの原理になり、古典力学／量子力学や電磁気学に適用すると最小作用の原理になるようです。
なお、変分原理は、自然は無駄なことはしないはずだという思想に基づいているもののようなので、これを証明しようとすると大変なことになるかもしれません。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%89%E5%88%86%E5%8E%9F%E7%90%86

＞光の粒子性に着目すれば光子の運動量が使える気がします。”空間の並進対象性から運動量保存則が使え真っ直ぐ進む”というのは今思いついたのですがでたらめでしょうか。

私にはよく分かりません。
逆に詳しく説明して教えて欲しいぐらいです＾＾；
ただ、光子には不確定性原理が働くので、運動量が分かっても次にどの位置に移動するかは知るすべがないので、直進性の説明につかえるのかという疑問は生じますが。

お礼

二度にわたるご回答ありがとうございました。フェルマーの原理と変分原理との関係をもう一度勉強してみます。不確定性原理と光の直線性を結びつけるのは大変面白い発想だと思いました。確かに光の位置がどこにあるかなんて簡単には捉えられないと思いました。光が１本の線であるという前提がおかしいのかも知れません。考えを整理して再度質問させて頂きます。そのときはよろしくお願い致します。ありがとうございました。

回答No.4

yoshitarou

そもそも、真っ直ぐか曲がっているかは、その空間の座標系に対して議論されることになります。ところが、宇宙空間で絶対座標系は存在しません。だから、光が宇宙空間の座標系になります。光が進んだ道が真っ直ぐである、というのが定義になります。「光は重力場で曲げられる。」というのは、正確には「重力場によって空間が曲げられたため、光はそれに沿って直進した。」というのが正確な表現です。また、光は常に一定速度であるというのも宇宙空間における時空の座標系だからです。

回答No.3

tetsumyi

独自の考えですが光（電磁波）って本当に粒子や波なのでしょうか？

もし、鋭い方向性を持った離れた場所の電磁誘導と考えるとどでしょう。
電磁誘導ですから空間が歪んでいる場合を除いて曲がりようがありません。
観測すると粒子としての性質が現れたり、波としての性質が現れるのでは？

回答No.2

Mr_Holland

専門家ではありませんが、
光の直進性はフェルマーの原理と関係しており、変分原理から得られたものだと聞いたことがあります。
参考になれば。

http://www.px.tsukuba.ac.jp/home/ecm/onoda/butsurib1/node72.html
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A7%E3%83%AB%E3%83%9E%E3%83%BC%E3%81%AE%E5%8E%9F%E7%90%86
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%89%E5%88%86%E5%8E%9F%E7%90%86

補足

ご回答ありがとうございました。変分原理とは２点間をつなぐ光の持つ
エネルギーを最小にすると理解しても良いのでしょうか。最小作用の法則とは同じものですか。全く別の物理的意味を持つのでしょうか。

光の粒子性に着目すれば光子の運動量が使える気がします。”空間の並進対象性から運動量保存則が使え真っ直ぐ進む”というのは今思いついたのですがでたらめでしょうか。不勉強ですみませんご指南お願いします。

回答No.1

N64

専門でない者で申し訳けないのですが、宇宙空間でも、真空中でも、もしも、何の原因もなく光が曲がるという性質があったとしたら、いろいろ、不都合がありそうですね。参考URLにも、古いQ&Aがありますが、直進するとすると、光の屈折などの現象が合理的に説明できる、ということではないでしょうか。

参考URL：

http://forum.nifty.com/fchem/log/rika/1798_main.html