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光って何?

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・・・”光”とは何でしょう?


light.jpg

私達は常に光に囲まれて生活をしていますが、空気や水と同じく当たり前の存在の為か、わざわざ考えてみた事がある人はあまりいないのではないでしょうか?

実は、光は『電磁波』の一種なのです。
電磁波とは名前からわかる様に『波』の性質(=波動性)を持つのですが、それ以外に『粒子』の性質(=粒子性)も併せ持っています。
しかし難しくなり過ぎるので、ここからは波の性質だけにスポットライトをを当てて話を進めて行きます。

電磁波の種類を大雑把に『波長(波の長さ)』が短い順に並べると、

宇宙線→γ(ガンマ)線→X(エックス)線→紫外線→可視光線→赤外線→電波 ・・・

などとなります。

電磁波の中で人間の目が視覚できる(見る事ができる)波長を『可視光線』、そして『可視光線 = 光』と呼ぶのが主流の様です。
しかし視覚出来ない短い紫外線や長い赤外線までを含む場合もあったり、定義が散在しているのが現状でもあります。

『光 = 電磁波の中で目に見える 範囲の波』とでも言い換えれば良いでしょうか。
そしてそれぞれの波の特徴を表す為に、先ほどから出てきている『波長』と言う単位がよく使われます。
『波長』とは下記の図の様に、それぞれの波の波頭から次の波頭までの1サイクルの長さの事です。

lightwave.jpg

波長の単位は長さなどを表すm(メートル)となります。

しかしここで注意しなければならないのは、『波長』は『明るさ』とイコールではありません。
『明るさ』は『波の高さ = 振幅』とイコールとなります。『振幅』が大きい光は、明るく見えると言う性質を持つのです。

因みに1秒間におけるこの波の繰り返し数は『周波数』と呼ばれ、これは勿論、波長と反比例の関係となります。
『周波数』の単位は繰り返しを表すHz(ヘルツ)となります。
この単位は光の話題の時にはあまり使われず、電磁波の一種である『電波』 などで活躍します。
では、波長による性質はどの様なものがあるのでしょうか?波長が短ければ、もしくは波長が長くなればどうなるのでしょうか??

先ず簡単で極めて直感的にわかる事から説明します。
『波長』とは『光の色』と考える事ができます。(厳密には光自体には色は無いのですが・・・)
例えば光の中で波長が短い順にザックリと並べると、のような色として見る事ができます。(但しこれは、別にクッキリと7つの色だけに変わる訳では無く、無限グラディエーションで変化するので無数の中間色がある事に注意しなければなりません。)
”虹”と言う自然現象は、この光の性質によりそう見える訳です。 波長が短い光は、青(~紫)色に見えるのです。

色の他の重要な性質は何でしょうか?

実は波長は短ければ短いほど、『光子エネルギー(単位:eV)』が高くなると言う性質もあります。
『光子エネルギー』は高ければ高いほど(波長が短いほど)、大きな科学的作用を引き起こすと考えてください。
例えば身近なところで、波長が短い紫外線は皮膚を日焼けさせたり、殺菌に活用されたりしています。

ここでそれぞれの波をイメージしてもらう為に、下記に簡単なイラストを書いておきます。


lightwave2.jpg

上記までの説明はわかり易いように、実は一つの波長しか含まれていない『単色光』ベースの話ばかりです。
しかし実際に私達が目にする自然界では『複合光(色々な波長の単色光が混ざった状態の光)』がほとんどの為、、それぞれの単色光の足し算の結果の現象が目に見えていると言う点には注意する必要があります。

一般的に見た事がある色がついている光、例えば色々なカラーのスポットライトなどは、その波長の光だけ(=単色光)が出ているわけではありません。
無数の波長の単色光が混ざった色の足し算や引き算の結果で、『その様な色』の『複合光』として私達の目には見えているのです。
だから『分光』と言うテクニックを用いれば、様々な強弱がある波長を取り出す事ができ、何色と何色の波長がどの様に組み合わさり『その様な色』として見えているのかを分析する事が可能です。

自然界で見える『白く見える様な光』と言うのも同様で、白く見える波長が存在している訳では無く、色の足し算により白っぽく見えているだけなのです。

単色光と言う稀な光を人工的に作り出す、実はそれが『レーザー』と言う大変特殊な技術なのです。

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