光とは何か？
光は、粒子と波動の「波」二重性を示し、どちらとしても振る舞います。粒子と波動のどちらかに決めることが出来ず、両者は相補的です。それを相補性といい、両者を同時に記述することによって、光と言う現象が説明できます。光は、電磁波の一種であり、電場と磁場が次々と入れ替わる現象です。光は、通常直進しますが、障害物に当たると反射、屈折、回折をします。回折「かいせつ」とは、光が通常届かないような障害物の背後に回り込む現象です。障害物に当たって、光が跳ね返ることを反射といいます。光が、境界目で折れ曲がる現象が屈折です。
【重力と光】
空間の中を直進する光は、重力が強いと曲がります。これは、重力よって空間が曲げられるからです。光は、重力によって曲げられた空間の歪みに沿って進行します。このように歪んだ空間が重力場です。この現象は、光の屈折に似ているために重力レンズと呼ばれています。
【光速不変の原理】
光速とは、光が伝播する速さのことであり、あらゆるものの最高速度です。光の速さは、秒速30万キロで、地球を7周半周ります。常に一定の速度で進み、その速度は超えられません。光は、光の速さでのみ進みます。光速が不変なのは、アインシュタインの特殊相対性理論の基本原理です。光は、時間や空間などの変化を測る基準となります。光が一年間に進む距離が光年です。光年と言う単位は、宇宙空間の距離を測る指標として用いられます。 光の速さは、観測者の速度によらず、どのように動いているものから見ても常に同じです。その速度は、ロケットに乗っても、地上で測っても変わりません。光速で動くと止まっている側が縮みます。ただし、光の速さで進むには、無限大のエネルギーが必要です。
【波動】
また、光は波「波動」の性質を持ちます。波動とは、空間の一点に起こった状態変化が有限の速さで、媒質に伝播していく現象です。特定のパターンが、隣から隣へ連続して伝わっていきます。媒質とは、波がその中を伝わっていく物質であり、光の場合は、空間そのものが媒質です。 光の温度が高いほど、波長が短く、エネルギーが大きくなります。波長とは、波の山から山までの長さのことです。光は、色ごとに決まったエネルギーを持ち、色が違えば、波長も違います。人間は、特定の波長を色として認識しているので、さまざまな色が見えるのです。
【光子】
光子「光量子」とは、素粒子の一つであり、光を粒と考えた場合の名称です。科学者たちが、観測を始めた途端、光子は玉のように動き始めます。光子は、相対速度が変化しない量子です。寿命がなく、質量がゼロで、電荷を持っていません。光子の反量子は、光子自身です。光子は、エネルギーも運動量も持っており、そのエネルギーをはかる場合は、光子の粒を数えます。
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