水の中の光
水の中の光
私 さんの書込 (2007/05/26(Sat) 12:32)
真空中より大気中の方が光の速度が遅くなる， 大気中より水中の方が光の速度が遅くなる． そのため屈折がおこる と習いました．
なんで水中や大気中だと光の速度が遅くなるのですか？
Re: 水の中の光
zoro さんのレス (2007/05/26(Sat) 14:35)
＞なんで水中や大気中だと光の速度が遅くなるのですか？
この問題を正しく説明するのは，とても難しいと思います．私は，それをうまく理解出来そうになかったので，なるべくこの分野を知ろうと思いませんでした．
あえて簡単に言うならば，真空では，光の部品である，電場と磁場が真空のなかを交互に誘導しながら真空を進みます．ところが物質の在る所，水とか気体，高分子などのなかでは，電場や磁場が物質に加わると，物質が電場とか磁場を誘発します．これには有限の応答時間がいるので，電場や磁場の誘導に時間がかかり，真空での伝搬速度より遅くなるのだろうと思います．
この手の問題に興味が在れば，将来，物性物理学などを勉強されると良いように思います．
Re: 水の中の光
ｙama さんのレス (2007/05/26(Sat) 15:38)
簡単に言えば，物質によって誘電率が異なることが原因でしょう． 誘電率が異なるのは誘電分極の状態が物質によって異なるためで，これは物質の微視的構造に関係しますが，詳しくは固体物理学の本で誘電体についての説明を読んでください．
zoroさんがおっしゃるように有限の応答時間も関係しますが，応答時間が無視できる場合でも誘電率は真空中とは異なります．そのため，応答時間が無視できる場合でも，物質中の光速は真空中より遅くなります．
光の振動数が大きくなると，応答時間の影響が大きくなるため，誘電率は振動数によって変化し，そのため振動数によって光の速度（したがって屈折率）が変化することになります．これが光の分散です．
Re: 水の中の光
ミュフ猫 さんのレス (2007/05/26(Sat) 20:42)
横レス失礼します． フェルマーの原理で， 「光線は二点間を最短時間で移動できるような経路をとる．」 みたいなものがあります． ここで言う光線の移動速度とは「位相速度」のことですよね？ 光の「信号伝播速度」とでも言いましょうか，つまり，ある 時刻に発せられた光があったとして，その光波の最先端部分の 速度は「位相速度」や物質の「誘電率」と，どのように結びつ いているのでしょうか？
Re: 水の中の光
私 さんのレス (2007/05/26(Sat) 23:08)
ありがとうございます．
少し調べました．
誘電率と誘磁率が光の速度に影響すると． そしてその２つは誘電分極により決まると． 合っていますか？
ただ，周波数によって光の速度が変わるとはどこを調べてもありませんでした…
Re: 水の中の光
yama さんのレス (2007/05/27(Sun) 00:58)
>ただ，周波数によって光の速度が変わるとはどこを調べてもありませんでした…
虹ができるのは光の色によって屈折率が異なることが原因であることはご存じのことと思います． 色の違いは波長の違い，すなわち周波数の違いであり，また屈折率が異なるというのは速度が異なるということです．
Re: 水の中の光
zoro さんのレス (2007/05/27(Sun) 01:01)
＞そしてその２つは誘電分極により決まると．
誘電分極はあくまで誘電率に寄与すると思います．
＞ただ，周波数によって光の速度が変わるとはどこを調べてもありませんでした…
虹やプリズムの現象を調べてみては．
