光

I

プロローグ

放射熱、電波、X線と同じような電磁放射の一形態(→ エネルギー：熱：熱の伝達：放射：X線)。光は、人間の目で感知される一定範囲の振動数をもった、電磁場のきわめてはやい振動からなっている。

振動数のことなる光は、ことなる色としてみえる。赤色は1秒間に4 × 10¹⁴の振動に相当し、青色は7.5 × 10¹⁴の振動に相当する。→ 色

光のスペクトルはふつう波長であらわし、紫は350nm(ナノメートル：1nmは100万分の1mm)の波長をもち、赤は750nmの波長をもつ。より振動数が大きく波長が短い光を紫外線といい、さらに振動数が高い光はX線とよばれる。振動数が低く波長の長い光は赤外線とよばれ、さらに低い振動数は電波の領域である。→ ラジオ

光のほとんどは、電子が高温になったときに高い振動数で振動し、放出される。温度が高いほど、振動数は大きくなり、青色に近い光が放出される。→ 温度

II

光の正体

光は、光源から放射されて直線的にすすみ、すすむにつれてひろい面積をてらすようになる。単位面積当たりの光の量は、距離の2乗に反比例する。光がでこぼこの面にあたると、吸収されたり、あらゆる方向に散乱されたりする。波長によって吸収されやすさがことなるために、物体には色がある。すべての波長の光をひとしく散乱するものは白色にみえ、すべてを吸収していると黒色にみえる。また、鏡などの滑らかな面にあたった光は、一定の方向に反射される。

光の正体を明らかにすることは、長い間、物理学の基本問題であった。ニュートンは、光を粒子の放出であると考えた。オランダの天文学者・数学者・物理学者クリスチャン・ホイヘンスは、光は波動として伝播(でんぱ)するという理論を提出した。

現在、光の粒子論と波動論はたがいにおぎないあうことが明らかになっている。量子論の発展により、光はあるときには粒子の流れとして、またあるときには波としてふるまうことがわかった。波としての光は、進行方向と直角の方向に電場と磁場が振動している横波であり、光はたがいに直角な振動面をもつ2つの偏光にわけることができる(→ 光学)。

III

光速

光の速度を最初に実験室で測定したのはフランスの物理学者アルマン・ルイ・フィゾーであった。それ以前にも天文学的な観察からほぼただしい光速の値がえられていた。現在、正確な光速の値は真空中で毎秒2億9979万2458mであることがわかっている。この値をもちいると、たとえば1波長の光や電波が対象物に到達してもどってくるまでの時間をはかれば、距離を精密に測定することができる。この原理を利用したものがレーダーやソナーである。

物理学における基本の長さは、国際単位系で光が真空中を2億9979万2458分の1秒間にすすむ距離を1mとして定義されている。空気中の光速は波長によってわずかにことなるが、平均して真空中よりも約3%おそい。水中では約25%、ガラス中では約33%おそい。

光は多くの化学物質に重要な影響をおよぼす。たとえば、太陽光は植物の光合成につかわれ、ある種の銀の化合物は光があたると黒く変色するので、写真の乳剤として使用されている。

→ 電気照明：干渉：干渉計：レーザー