光子 (光の粒子) は電荷を持たないため、光の経路は磁場の影響を受けません。
冷蔵庫のマグネットを手に取り、窓に行きます。太陽の光がその甘い角度で床に降り注ぎ、見事な朱色に染まる時間帯であることを確認してください。では、磁石を取り、光が差し込んでいる窓の上に置いてください。
日光の経路を観察します。マグネットで何か変わるの？角度がずれているのがわかりますか？もしかして微妙な傾き？もしそうなら、それは磁石の仕事ではないので、家を追い払う必要があります.実際、磁石は光の経路に少しも影響を与えません。この点、つまり光は電磁波であると主張する人もいるかもしれません。その場合、磁石はそれを引き付けたり反発したりできるはずではありませんか?それが機能する方法ではありませんか？実は違う。物理法則が重要であるとすれば、それは磁石の仕組みではありません。
光の経路は磁石の影響を受けません (写真提供:Igor Sinkov/Shutterstock)
磁石の仕組み
磁石とは、基本的に、荷電した物体を引き付けたり反発したりできる物体です。磁気の力は、オブジェクトの原子構成の直接的な結果です。既知の宇宙のすべてのオブジェクトは、電子、陽子、および中性子で構成される原子でできています。電子と陽子はそれぞれ負と正の電荷を持っていますが、中性子は電気的に中性のままです。陽子と中性子は原子の中心にとどまって原子核を形成しますが、電子はこの原子核の周りを回っています。これらの電子のスピンが電流を生成し、これらの小さな分子を小さな磁石に変えます。
一方向の電子のスピンが物体を磁石に変える
通常、ほとんどの物質は反対方向に回転する同数の電子を持っているため、互いに打ち消し合うため、ほとんどの物質は磁気特性を示しません。ただし、鉄のような物質では、ほとんどの電子が同じ方向に回転しているため、正味の電荷が与えられます。これらの整列した電子によって生成される力は、磁性物体が磁石の引力または反発力に直面する金属の周りの領域である磁場を作成します。この磁場により、物体内の電子のスピン運動が整列し、物体に磁気特性が付与されます。ただし、すべてのオブジェクトが磁場の影響下で同じように動作するわけではありません。
磁場の近くにある荷電粒子は、磁場の影響を受けます (写真提供:ShutterStockStudio/Shutterstock)
磁石の種類
最も一般的なタイプの磁性は反磁性であり、物体は常に弱い反発力を示します。他のタイプには、常磁性が含まれます。これは、オブジェクトが磁石に接触したときにのみ磁化されますが、磁石を離すとすぐに磁性を失います。第三の種類の物体もあり、強磁性体であり、永久に磁化されたままになる特徴的な能力を持っています。周期表で室温で強磁性を示す元素は、鉄 (Fe)、ニッケル (Ni)、コバルト (Co) の 3 つだけです。したがって、磁石について話すときは、一般的に強磁性体について話しています。これらは、強力な磁場を生成し、磁場の範囲内にある磁性物質の挙動に大きな影響を与える物質です。
典型的な鉄製の永久磁石 (写真提供:maradon 333/Shutterstock)
磁場
では、磁場とは正確には何ですか？この概念を説明する 2 つの考え方があります。古典的な科学理論では、磁場は本質的に、他の磁性体を引き付けたり反発したりする磁性体の周りのエネルギーの雲であると示唆しています。しかし、より複雑で理解が難しい量子力学の理論によれば、電子は検出できない仮想粒子を放出し、他の物体に近づいたり遠ざかったりするよう信号を送ります。なぜ電子がそのように振る舞うかについての具体的な理論はまだありませんが、経験的な証拠は、それが私たちが住んでいる宇宙の特徴に過ぎないことを示しています.
磁石内の電子は検出不可能な仮想粒子を放出し、物体が近づいたり遠ざかったりするよう信号を送ります (写真提供:Kim Christensen/Shutterstock)
磁石がどのように機能するかがわかったので、次は目前の問題に取り組みます。電磁波である光の経路が、強い磁場の磁気的影響を受けないのはなぜですか?
磁石で光を曲げることができないのはなぜですか?
私たちが理解するようになったように、磁場は電子が一方向に回転した結果です。これらは、近くにある他の電子のスピンに影響を与え、それらを磁化させます。基本的に、電子は他の電子に影響を与え、磁石の引力または反発として観察されます。光線の場合、扱う必要があるのはフォトンだけです。光子は電荷を持たない粒子であるため、電子の影響を受けず、磁石の影響を受けません。
光の中の光子は電荷を持たず、電子の影響を受けません (写真提供:Vladimir Nenezic/Shutterstock)
ちょっと待って、光って電磁波じゃない？はい、光は電磁気ですが、それは単に電場と磁場を持っていることを意味し、必ずしも他の場を歪めるとは限りません.数学的には、ある領域に複数の電場と磁場がある場合、それらはすべて単純に加算されます。たとえば、テーブルにあるリンゴは、同じテーブルにオレンジを導入しても影響を受けません。テーブルの上に 2 つの果物があるだけです。同じ原則が本質的に電磁界にも当てはまります。
しかし、待ってください...もっとあります!
デルブリュック散乱
上記の説明は物理学の古典理論ではうまく機能しますが、量子領域に飛び込むと、もっと奇妙で幻想的なものが見えてきます。量子論は、実際には、光の光子に対する磁場の影響はほとんど検出できないことを示唆しています。いくつかの非常に特殊な条件下では、光子は電子と陽電子のペアに分裂することがあります。理論化した人物にちなんで名付けられたこの現象は、デルブリュック散乱と呼ばれます。これらの電子は技術的には電界の影響を受ける可能性がありますが、この現象は経験的に観察されたことがなく、数学的な証明としてのみ存在します.
光子は電子と陽電子のペアに分解できます (写真提供者:general-fmv/Shutterstock)
したがって、磁石がわずかに 光に影響を与えます。日常生活や現実世界の状況では、光は磁石の影響を受けません!
