光
- カテゴリ:30代以上
- 2014/08/27 10:07:27
光とは、放射線の一種で電磁波のことです。
太陽からの光や、レーザーからの光は、よく光線と呼ばれますが、実は「線」では無く「点」なのです。
光の点の実体は、光量子と呼ばれ、一つ、二つと数えることができます。
量子というのは、エネルギーや質量を持った粒子の性質と、フラフラと揺れる振動の性質の両方をもったものを言います。
フラフラ揺れる震えは、進行方向に向かって90度の方向に揺れています。
イメージとしては、右側に向かって走っている粒子が上下に揺れている・・・みたいに考えればいいと思います。
従って、その光の通ってきた道筋を見ると、まるで波の様に見えます。
その為、「振動の性質」のことを「波の性質」と考えることも出来ます。
波なので、高いところと、低いところがありますが、その波の一番高いところの頂点と隣の一番高いところの頂点までの距離を、波の長さ、波長と言います。
(一番低いところと、隣の一番低いところまでの長さも同じ)
光の性質は、その光の波長によって大きく異なってきます。
一番身近な光は、やはり可視光でしょう。
可視光とは、太陽からの光の中で、人間が見える光のことです。
光の波長で言えば、だいたい400~700nmの長さです。
nm(ナノ メートル)のナノとは、ミリやマイクロと同じ様なもので
ミリ(m)は、千分の一、マイクロ(μ)は100万分の一、ナノ(n)は10億分の一と、千分の一ずつ小さいことを意味しています。
長さの基本の単位は、メートルなので、それぞれ、1メートルの千分の一、100万分の一、10億分の一ということになります。
ちなみに、マイクロメートル(μm)のことを、昔はミクロン(μ)と呼んでいた時期もあります。
マクロは大きなもので、ミクロは小さなものを意味しますので、すごく小さい長さ(大きさ)ということで、ミクロンと呼ばれていたのかもしれません。
可視光の400~700nmの光は、人間の目には、紫~青~緑~黄~橙~赤という風に見えます。
そして、赤より波長が長い光は、人間には見えません。
赤より波長が長い、つまり赤より外側にあるので、赤外線と呼ばれます。
逆に紫より波長が短い光も、人間には見えず、紫より波長が短い、つまり紫の外側にあるので、紫外線と呼ばれます。
赤外線や紫外線は、「線」と呼称されていますが、それは光の粒子としての性質、つまり光量子として理解できていなかった頃に付けられていたので、「光線」の概念があったのでしょう。
正確には、赤外光や紫外光という方がいいと思いますが、まぁ点を無限に繋げれば線ということなので、赤外線や紫外線でもいいのかもしれません。
赤外線より更に波長が長い光もあり、それは電波と呼ばれます。
逆に言えば、赤外線とは赤より波長が長く、目に見えなくなったところから、電波と呼ばれる前までの波長の光のことと言えます。
赤外線が0.7μm(=700nm)から1mm(=1000μm=100万nm)の波長を持つ光であるのに対し
電波とは、1mm以上、AMラジオなどではだいたい1km(キロメートル)、潜水艦の通信などでは10万キロメートルの波長の光のことです。
つまり、電波というのは、電気(電子)が飛んでくるのでは無く、波長の長い光量子が飛んできているのです。
何故、「電波」と呼ばれるか?
恐らく、無線やラジオなどが発明された頃に、電気の波が空中を伝わると考えたのでしょう。 つまり、科学の石器時代の呼び方と言えるのかもしれません。
一方、紫外線より更に短い波長の光もあり、ガンマー線と呼ばれます。
つまり、紫外線は紫より短い波長から、更に短いガンマー線の前までのことになります。
紫外線が10~400nm(ナノメートル)の波長の光なのに対し、
ガンマー線は、10nm以下の波長の光ということになります。
ちなみに、レントゲン検査で使われるX線は、ガンマー線の中の1~10nmの波長の光のことを言います。
ガンマー線は、主に原子核が崩壊した時に放出される光で、原子力発電所や原爆で使用されるウランやプルトニウムの原子核が崩壊する時に出ますが、それ以外の放射性セシウムや放射性ストロンチウム、放射性ヨウ素などの原子核が崩壊した時にも出ます。
一般に、波長が短い光ほど、エネルギーが高く、有害性が高く、それに反して透過性が低くなります。
逆に言えば、波長が長い光ほど、エネルギーが低く、害が少なく、それに反して透過性が高い訳です。
例えば、赤外線コタツでは、波長の長い赤~赤外の光を放出していますので、身体の奥まで届き、そこにある水分子を暖める為、足が温かくなります。
電子レンジでは、電波を使いますので、料理の表面だけで無く、中の方まで暖まります。
一方、太陽からの紫外線様な波長の短い光は、肌の奥まで届くことはほとんど無く、表面にのみあたります。
そして肌の表面にある細胞のを傷つけたり、破壊したりします。
紫外線によって皮膚癌になる場合もありますが、それは紫外線によって皮膚の細胞の遺伝子が傷つけられ、それが運悪く癌化に繋がった場合に起こります。
しかし、皮膚の表面の細胞というのは、既に遺伝子や細胞内のいろんなものが抜け落ちていて、水分や色素などしか残って無く、いわば既に死んでいる細胞であり、またメラニン色素などで紫外線が奥まで行くのをブロックしている為、滅多に皮膚癌になることはありません。
そういう意味で、皮膚の表面は、身体を紫外線から守ってくれているのです。
また、皮膚は垢として脱落していく為、肌に繁殖した菌類を一緒にはぎ取ってくれるので、生体防御にも役立ち、まさに防御壁と言えるでしょう。
少し長くなりましたので、それぞれの光の影響や生物との関わりについては、またいづれ・・・
今回は光を「波長」という特性で書きましたが、電波の領域では「周波数」という概念を使う場合もあります。
波長は、光の軌跡での長さを表したものですが、周波数とは1秒間にフラフラと振動する回数を表しています。
でも、光の速度は、その波長に関わらず一定なので、基本的に同じことを、見方を変えて表現しているだけの話です。
いや~~~(*^^*ゞ おだてられると木にも登っちゃいます(;^_^A アセアセ…
とは言うものの、実はよく分かっていないのです(__;)
光子が原子または分子の近くを通り、その間にどの様な相互作用が起こって、屈折が起こるのか、よくイメージできていません。
吸収については、なんとなくイメージできているのですが…(^◇^;)
あっぱれ^^
ちなみに、光速が一番速いというのは真空中での話で、空気中だったり、星間物質がある場所の光の速度は、必ずしも一番では無いそうです。(放送大学の天文学者の話)
ロボットシリーズと、銀河帝国シリーズ、そしてそのコラボレーションシリーズなどが有名ですね。
(=●^0^●=)
夏休みに、小学校での「天文観察」がありました。
あいにくの台風で室内での「宇宙の講習会」になってしまいました。
その時、光速が一番速いのだとか・・・光速で移動できたら、
月まで何分だとか・・・色々なお話を聞きました。
アイザックアシモフ、なつかしいですね^^
ロボット三原則の作家さんでしたっけ?
いや~(*^^*ゞ
「博士」と呼ばれて有頂天になってしまうくらいで・・・
実際に博士号を所持している人はそうはならないでしょう・・・(;^_^A アセアセ…
虹は、雨とか霧に太陽光が当たった時、水分子に光量子が屈折し、その屈折の確度(屈折率)が光の波長によって異なるというプリズム効果によって発生します。
つまり、太陽光で無くても、可視光の波長全域にわたる光であれば、雨や霧などの小さな水滴によって虹を発生させることができます。
よく、噴水に虹が見えることがありますよね。
少し分かりづらい説明になっているのは、私自身がプリズム効果についてあまり詳しく無いからでした・・・(;^_^A アセアセ…
なんか、そう言って頂くと、とても嬉しいです(*^^*ゞ
ミクロと言えば、ミクロの決死圏という映画がありましたね。
あれは、アイザックアシモフのSFの中で、ましな映画となりました。
私はアイザックアシモフのSFが好きなのですが、ミクロの決死圏以外の映画は、皆駄作でした。
大好きなアシモフのSFなだけに、腹立たしいやら、悔しいやら・・・
音は、純粋に波の現象ですね。
音の現象として、「近づいてくる音は高いキーで、遠ざかる音は低いキー」というドップラー効果が有名ですが、それは近づいてくる音は、発信源が前に出した音を追い詰める様にやってくるので、どんどん波長が短くなり、遠ざかる時は音を置き去りにする様に去って行くので、どんどん波長が短くなる為です。
波の性格も持っている光にも、同じようにドップラー効果を見ることができます。
つまり、遠ざかって行く天体は波長が長くなり赤く見え、近づいてくる天体は波長が短くなり青く見えます。
天文学や宇宙物理学によれば、宇宙はビッグバン以来、光の速度で膨張しているらしいです。
光は光の速度でしか移動出来ないので、ビッグバン直後の光は、その位置がプラスマイナスゼロとなり、ずっとその場に立ちつくす、つまりほとんど動いていないということになります。
今や無限に近い彼方に行ってしまった宇宙の果ても、ビッグバン直後には貴女の「近くのその辺」にあり、その時の光は「近くのその辺」に今でも居るのです。
しかし、光源である宇宙の果ては、光の速度で遠ざかっていったし、今も光の速度で遠ざかっていると考えられるので、その光の波長はとてつもなく長くなってしまい、赤外線の領域を遙かに超え、電波の領域でも最も長いと思われる波長の光なので、残念ながら肉眼で観ることはできません。
しかし、確実にその光はそこに在るので、学者さん達は特別な電波望遠鏡を使って観測しています。
その光は、電波のことをマイクロ波とも言うし、まるで宇宙の彼方、背景からの光とも思えるので、「宇宙マイクロ波背景放射」と呼ばれています。
ちなみに、「マイクロ波」というのは「電波」と同じ様に、科学の石器時代の名称です。
実際の波長は、マイクロメートルでは無く、ミリメートル~キロメートルのレベルの長さがあります。
あたる博士ぇ、虹は何故見えるんですかぁw
え?こんなに長文。。って思ったけれど
最後まで一気に読ませていただきました
ミクロンって呼ばれていた時代に生きてます・・
電波はイメージから来た名称だったのですね
雑な頭なので こういう風に噛み砕いて教えていただくと
助かります。 ミクロ、マクロの世界・・
どんどん世界が広がっていきますね
音の世界も 面白そうな気がします(^^)/