c で表される真空中の光速は普遍定数です。ただし、フォトン (光の粒子) がどこでもこの速度で移動する必要はありません。
光子と海賊の共通点は?
どちらも「c」で移動します!
「C」はもちろん光速です!
しかし、光子は真空中を常に光速で移動するというのは本当ですか?これは正式な「c」の表記です?
この質問に正しく答える前に、理解しておかなければならないことがいくつかあります。
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アルバート アインシュタインの光電理論によると、光は連続的に放出されるのではなく、光子と呼ばれる個別の量子化されたエネルギーのパケットで放出されます。基本的に、光子は質量のない最小の離散量の電磁放射です。
光子は、波動と粒子の両方であるという点で二重性を示します
ド・ブロイの仮説によれば、光子は波動であると同時に粒子でもあることに注意してください。光子は、波と粒子の両方の特性も示します。光子は、偏光、回折、干渉の波のような現象と、光電効果とコンプトン散乱の粒子のような現象に関与します。
電磁波の伝播
光子自体が電磁放射の一種であるため、電磁波の伝播についてもう少し深く掘り下げる必要があります。
電磁波は、電場と磁場の間の振動の結果として生成されます。ここで、電場と磁場のベクトルは互いに垂直です。電磁波の伝播方向は、電気成分と磁気成分の両方に対して垂直です。
電磁波では、電場と磁場が互いに垂直に振動します (写真提供:udaix/Shutterstock)
マクスウェルの方程式から、媒体を通過する電磁波の速度は次のように得られます:
ここで、「c」は真空中の光の速度を表し、毎秒 300,000 キロメートルに相当します。
ξ は媒体の誘電率を示します μ は媒体の透磁率を示します
したがって、上記の式から、真空を通過する光 (それ自体が電磁波) の速度が一定量であっても、媒体を通過する電磁波の速度は媒体の特性に依存することが明らかです。 .
世界のすべてのフォトンは同じ速度で移動しますか?
上記の式から、この質問に対する答えが NO であることは明らかです。なぜなら、光子も電磁波であることは既にわかっているからです。
光子の速度は、光子と媒体の粒子との間の相互作用により、伝搬する媒体の性質に依存します。
同時に、真空中の速度が光子のエネルギーや周波数に依存しないことに注目することは興味深いことです。たとえば、真空を通過する高エネルギーの紫外線の速度は、低エネルギーの赤外線の速度と同じです。これは常に、秒速 300,000 km に相当する普遍定数「c」です。
光子が光学的に希薄な媒質から光学的に密度の高い媒質 (空気からガラスなど) に移動するとき、媒質の粒子によって提供される光子の経路の障害が増加するため、その速度は低下します。ただし、その頻度は変わりません。光学的に密度の高い媒体から光学的に希薄な媒体 (ガラスから空気など) に移動するときは、逆のことが起こります。この場合、光子の速度は増加します。
ある媒質から別の媒質への屈折により、光の速度が変化します (写真提供者:Amalakanti Satya Sarada/Shutterstock)
光子がボーズ・アインシュタイン凝縮体と呼ばれる奇妙な形の物質に注入されると、時速 25 キロメートルほどの速度で移動できます。ボーズ・アインシュタインの凝縮体には、ごくわずかなエネルギーを持つ非常に低温の原子が含まれています。これらの原子は量子状態で振る舞い、奇妙な特性を示します。光子がこれらの原子と衝突すると、ポラリトンと呼ばれるハイブリッド粒子に変換され、陽子よりも遅く移動します。実験では、ボーズ・アインシュタインの凝縮体が一時的に光を蓄えることさえできることが示されています!
光子の速度で移動するとどうなりますか?
DC コミックのキャラクター、ザ フラッシュの電光石火の速さとスーパー ヒーローの衣装は、子供の頃にあなたを魅了し、光の速さで移動することを夢見て心を揺さぶったかもしれませんが、それは可能でしょうか?光子の速度で移動すると、正確にはどうなりますか?
相対性理論によれば、速度が上がると質量が増えます。そのため、光の速度で移動すると、質量が無限になり、周囲のものが減速するように見えます。これは、通常の状況では、相手よりもゆっくりと老化することを意味します。これは「時間の遅れ」と呼ばれ、動きの速い物体では時間がゆっくりと流れることを意味します。この仮説は、私たちの物理的な制約により、それ自体で達成することは不可能です。したがって、人間が光速で移動することはできません。
光あれ!
光は宇宙で最も単純な粒子であると考えられることがよくありますが、光は 50 万年近く自由に移動できなかったことをご存知ですか?そして、光が視界の源である以上、周囲は闇と言っていいでしょう。宇宙が十分に膨張して光子が自由に移動し拡散できるようになったのは、ビッグバンからかなり後のことでした。
光合成, この放射エネルギーは環境の代謝に必要です" 幅="1000" 高さ="573" srcset="https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2021/11/Solar-radiation-is-radiant-energy-from-the-sun.jpg 1000w 、https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2021/11/Solar-radiation-is-radiant-energy-from-the-sun-300x172.jpg 300w、https://www.scienceabc. com/wp-content/uploads/2021/11/Solar-radiation-is-radiant-energy-from-the-sun-768x440.jpg 768w" size="(max-width:1000px) 100vw, 1000px"> かかります太陽光が真空中を移動する場合、地球に到達するまでに平均 8 分 20 秒かかります (写真提供 :Nasky/Shutterstock)
つまり、超高速、超低速、またはまったく動いていない光がある限り、私たちの生活はより快適になり、私たちの周りの世界は明るくなります!
