光の正体とは 性質や光速を測る方法って？
光ってとても身近なのに存在を意識することは少なく、実際なんなのかよくわからないものですよね。この記事では基本的な光の性質や光速を測った方法をなどご紹介します。かなり深い部分もご紹介しているので、驚きと発見があると思います。
光とは
光の正体ってなんだと思いますか？
光の速度は約３０万キロで、アインシュタインの特殊相対性理論では基本原理として『光速度不変の原理』があります。ですが、光速度不変の原理は真空中での話なので地球上では光速は減速していきます。
減速しているのが想像できない方もいると思うので身近な例をご紹介します。深海って真っ暗ですよね。水などによって光が減速しているため、深海にまで光が届かないのです。
アインシュタインに関する記事
・アルベルト・アインシュタインとは【偉人】 最大の物理学者 相対性理論
ちなみに光速度不変の原理が前提であるため、時間の進み方が変わることに納得することができます。詳しくは「時間の定義とは 時間は不変？」をご覧ください。
地球の円周は４万キロなので、光は１秒間に地球を7.5周することができます。これほど速い速度をどうやって測ったのか気になりませんか？
光速の測り方
速度を測る基本的な方法は２つの場所を通過した時間を計測するものですよね。ですがこの光はご存知のとおり速すぎるのでこのような方法で測るのは困難です。
1676年に最初に光速度を求めたのがデンマークの数学者オーレ・レーマーです。木星の衛星が衛星本体によって隠される現象のタイミングから、毎秒21万4300kmという値を出しています。
次に1849年、フランスの物理学者アルマン・フィゾーが、毎秒31万5300±500kmという値を発表しました。このときは、8.6kmほど離れた場所にある鏡で光を往復させ、その通り道に歯車をいれて光をさえぎる方法でした。
現在、光の速度は毎秒29万9792.458kmとされていますが、これは20世紀後半に、レーザー光の波長と周波数を精密に計測して掛け合わせることで求めた値です。
文字ではかなりわかりにくいのでyoutubeで検索するとわかりやすい動画が出てきます。是非そちらを参考にしてください。おすすめはこちらです。
光の性質
光の進み方には「直進・反射・屈折」の３つの性質があると学校で習ったと思います。
光の形ってなんだと思いますか？
実は光は波であり、粒であるというなんとも理解し難い性質があります。これは簡単にいうと、波と定義すると矛盾ができ、粒だと定義したとしても矛盾ができてしまうためです。どちらかに決定することができないそう。
これについては二重スリット実験というものがあり、電子銃から電子を発射してスリット（隙間）の間を通っていき、到着した光の位置を調べるものです。
ですが、この実験はとても難しいのです。というのも光を観察しているわけですから人が粒子を直接目で見てはいけないのです。この実験は真空中で行われています。
この画像では粒ですが、ヤングの実験という光の感傷性を示す実験があります。
これが光は干渉という波に特徴的な性質を持っているためです。この二面性を
1905年、アインシュタインは光電効果の説明のために、光のエネルギーの量子である光子の存在を仮定した。量子とは粒子と波の性質をあわせ持った、とても小さな物質やエネルギーの単位のことです。
色の正体
なぜ色が見えるのか考えたことはありませんか？見えるのが当たり前になってしまっているので深く考えた方は少ないと思います。ここでは簡単にするため、りんごでご説明します。
りんごは赤色に見えますよね。
色は太陽などの光源から出された光が反射して見えるものです。太陽の光は全ての色を含んでいます。その光をりんごは反射させるわけですが、赤色しか反射してこないのは赤色以外の色を吸収しているためです。
プリズムを使うと光を分解させることができ、太陽が全ての色を含んでいることがわかります。
とても綺麗ですね。実際に実験してみたいです。
追記：物理研究部に入部して、実験できました！
とても綺麗でしたよ
記事を読んでいただきありがとうございます。
光が２つの性質を持っていることに驚いた方は多いと思います。光は量子性があるということを覚えておいてください。量子力学ではとても難解な内容が多いですが、面白いのでおすすめ記事でご紹介しておきます。
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