波はすべて縦波ではないですか？

質問

波動方程式に有名なシュレーディンガーの式が有ります。物理学では水面波などから、横波と観る事が多いようです。しかし波は全て、エネルギーの縦波ではないでしょうか。光にも横に振動するものなど無いと思います。

回答No.4

noname#208724

なるほどね、エネルギーとしてみれば、進行方向にムラがあるでしょうからエネルギーの縦波とも思えますね。物体を押す力もあるんですから。
だけどそもそも、光子そのものは波じゃないでしょう。存在確率が波なんじゃないでしょうか。

回答No.3

noname#212313

光（電磁波）はちょっと特殊なので、措いておきます。

　波の縦と横は媒質の移動（振動）が波の進行方向に対して、水平で一致するのか（縦波）、直交（進行方向に対して垂直）なのか（横波）で分類しているものです。

　横波の例としては、水面の波です。正確には水平方向にも動くんですが、主たる要素は縦方向の振動です。水面の一点に注目すると、水面から盛り上がるときは物体を垂直上方に投げ上げたときと同じ動きになります。その後は元の水面より下へと動きますが、垂直上方投げ上げと全く逆の動きになります。

　これは、重力による位置エネルギーと質量が速度を持つことによる運動エネルギーの和が保存したままの、単振動している状態です。

　水面の波が壁にぶつかっても、壁に波の運動エネルギーは伝わりません。水面が上下することによる圧力変化はあるんですが、媒質である水の運動方向は上下なので、水の速度、すなわち運動量によって壁を押したり引いたりはしないのです。運動量の代りに運動エネルギーで考えても同じです。

　一方、縦波である音だと違ってきます。音を伝える空気、その空気分子に注目すると、音が伝わる方向に対して水平に空気分子が振動しています。もし音が壁にぶつかれば、空気分子が運動量を持って壁にぶつかります（そして、吸音性が低ければ跳ね返される）。これも運動量を運動エネルギーに代えて考えても同じです。媒質の運動が壁に伝わるわけです。

　仰るように横波も縦波も、どちらも確かに波の運動方向にエネルギーを伝えます。上記ではミクロ（微視的、局所的）に見ましたが、仰るような見方はマクロ（全体的、大域的）になります。マクロに波を見れば、進行方向にエネルギーを伝えています。波の進行の仕方によって、平面波や球面波などに分類もしています。

　しかし、波の物理学ではミクロな見方もします。むしろ、ミクロに見るのが基本です。それは数学の微分を主に使って分析しないと、詳しいことが分からないからです（微分方程式と呼ばれる数学分野）。横波、縦波というのも、ミクロに見たときの考え方まで含むように分類しているのです。

P.S.

　光（電磁波）は媒質がありません。しかし、光（電磁波）を波として記述する方程式から、横波を表す波動方程式が出るので、横波だとしています。実験・観測的にも、横波の性質を持つような結果が出てきます。

　量子力学が発展して、光を量子として扱えるようになって（場の量子論以降）、粒子が衝突するような見方もできるようになりました。波では説明できなかったことも、粒子のように振る舞う場合もあると考えると、説明がつくようになりました。

　光（電磁波）は非常に特殊ですので、あまり他と類似性を持つような説明は難しいです。

補足

御回答有難うございました。
一つだけ補足説明させて頂きます。水面波は表面的には横波と見られます。しかし水面波というのは表面上の姿でしかありません。何故上下に水の面が変動するかは、その本質に『エネルギー』の水中での縦波だからです。そのエネルギーの圧力波を理解できないと、「津波」の波の意味も理解できないことになります。太鼓の振動もエネルギーの縦波です。光、光量子の一粒もエネルギーの空間分布の縦波です。

回答No.2

CC_T

光など電磁波は横波であるから偏光板ってものが使えるんです。

音波なんかは疎密波、つまり縦波ですが、横波換算した方が扱いやすいので、計算など扱う上では横波で見ますね。

回答No.1

aokii

波は全て、エネルギーの縦波とも言えますが、計算の便宜上、横波としています。