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光の媒質とは?

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質問者

cmdlv1234さん

2013/1/923:05:48

光の媒質とは?

光の媒質ってなんなのでしょうか?

前に初心者用の相対性理論の本を読んだんですが、
昔の物理学者は光にも媒質が必要だと考え、
宇宙空間は真空で空気がないので
「宇宙空間は未知の物質エーテルで満たされてる」と考えた。とありました。

もし仮に、光の媒質がエーテルだったとして、
宇宙空間はそれで通るかもしれませんが、
地球上でも光は伝わりますよね?
そして地球は空気あり、光の媒質であるであろうエーテルはないとおものですが、
地球上では光の媒質って何になるのでしょうか?

そして、光は波と粒子の両方があるそうですが、
粒子だと考えれば媒質は要らないのではないかと思います。

結局、光の媒質ってなんなんですか?
わかりやすく教えてください。

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ootsukitoroさん

2013/1/923:33:04

>地球上では光の媒質って何になるのでしょうか?

エーテルは空間を満たす、光を伝達する媒質と仮定されました。
気体の隙間にも満たされていると考えれば、真空も空気中もほぼ同様に伝達できます。
ガラスの中にもあるとするかどうかまではよくわかりません。少なくともエーテルというものの存在が確認さえできれば、より詳しい性質を調べる事ができます。
…のはずでした。

>粒子だと考えれば媒質は要らないのではないかと思います。

かのアイザックニュートンは、光の粒子論をとなえました。
光の屈折をガラスの表面で光子が加速したり減速したりするという現象で説明しようとしましたが、そのエネルギーの出入りについて説明ができませんでした。
また、粒子では回折や干渉が起きません。回折や干渉は波固有の現象です。
自然光で干渉縞ができないため、ながらく粒子なのか波なのかの決着がつかなかったのですが、ヤングの実験で干渉縞を作ることに成功し、最終的に光の粒子論は敗北します。

ところが、光電効果などといった粒子のようなふるまいも起こすため、それを統合する意味で量子力学が作られます。
量子力学では光を光子という粒子で扱いますが、量子は多かれ少なかれ干渉を起こすために「粒子の存在確率が干渉し、粒子のように離散的に観測される」という、訳のわからない理屈で説明します。

>結局、光の媒質ってなんなんですか?

空間そのものが媒質になります。

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mamegonnyaoさん

2013/1/1009:43:55

光の媒質は真空です
真空の密度?が高いほど光の伝搬速度が速くなります
だから完全な真空中の光速度が一番早いのです
ちなみにダイヤモンド中の光速度は真空中の約60%だそうです

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tado_cさん

2013/1/1006:55:11

昔は光に波の性質があることまではわかっていましたが、何の波かまではわかっていなかったのでエーテルというものを仮想したのです。
もちろん光は地球上でも存在しますから、地球上にもエーテルは満ちている想定です。空気があるからエーテルは無いとかいうことではなくて、エーテルが満ちている中に空気も浮かんでる感じでしょうか。
しかしどんな実験もエーテルが存在することを示すことはできませんでした。

その後、電磁波という物の存在が理論から予想されるようになりました。
電磁波は電界と磁界がお互いを発生させながらどこまでも進んで行く波です。空気の振動である音のように、何か物質が揺れる波ではないので真空中でも進める波です。
そして計算上の電磁波の速さが当時知られていた光の速さに近かったため、これがきっかけで光の正体が電磁波であることがわかっていきます。
光も電波も同じ電磁波の仲間なのです。

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momoko8bonさん

2013/1/1000:31:26

媒質が必要と考えた結果「架空の物質エーテル」を考えて(仮定して)みましたが、エーテルを見つけることはできず、結果的に「エーテルの存在」を否定する結果になりました。つまり、媒質を必要としない「電磁波」であることがはっきりしたわけです。電磁波は空間そのものを伝わり「媒質」を必要としません。
必死で探して、見つけたのは「無い」という事実でした。
また、光(非常に周波数の高い電磁波)には「波の性質」と「粒の性質」の二面性があり、どちらで扱うかで「記述方法」が変わってきます。波でもあり、粒でもある、というのが正解でしょうか。しかし、体積を持たない(数学でいう「点」)粒子=エネルギーの粒と考えるのが良いでしょう。

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