光は電界(&磁界)の波

「光とは何か」について多くの天才達が議論した結果、現在はこういう結論になっています。

光は電界(と磁界)の波である

これだけをあっさり書いてしまうと「これを理解できないやつはアホ」という印象を与えますが、「天才達が長年議論した結果です」と言われたら受け入れるしかないですね(?)
光の正体

お絵かきで描くとこんな感じです。見やすい?例として赤いレーザポインタで説明しますが、光線の中では電界(電気的なフィールド)が周期的に変動していて、その変動ぐあいがまさに光の速さで進んでいくのです。(同時に「磁界」も存在しているのですが、変化のしかたが電界とほぼ同じなので電界だけを考えていればほとんどの現象は説明できます。詳しくは大学の物理で)
そしてこの変化ぐあいがサインコサインです。ここでも登場するのですね。

「電界」についてはいつかの記事でいろいろお話しましたが、基本的に同じです。まさに電荷を移動させるようなフィールドが発生しているのです。(ちなみにこれもいつかの記事でお話したように、光の電界の変化する速さはメチャクチャ速いので、電界を浴びたところでほとんどのモノは追従できませんがね)

電界だから干渉する

これまた深い(不快?)話ですが、電界は足したり引いたりできます。以前の「竹コース」電池の例でいくと、回路に乾電池を2つ直列に接続すると、それぞれのフィールドが足し合わさって電流が倍流れるようになり、逆向きに2つ接続するとそれぞれのフィールドが打ち消しあって電流が流れなくなる、といったところでしょうか。

二つ以上の光がぶつかると、それぞれの電界が足し合わさって強め合ったっり弱めあったりします。このせいで「干渉」が起こるのです。
パール顔料での光の干渉

パール顔料での干渉の様子を示しました。マイカの表面に、酸化チタンがうす~くコーティングされています。しつこく言いますが、マイカも酸化チタンも透明(か、軽く白っぽい)です。

空気から入ってきた光が、まず酸化チタンの表面で一部反射し、一部透過します。そして透過した光が、今度は酸化チタンとマイカとの界面で一部反射し、一部透過します。2回目に反射した光(図では「内部反射」と書いてます)と1回目に反射した光(図では「表面反射」と書いてます)が干渉し、色がつく原因になります。

パール顔料での光の干渉(2)

内部反射光のほうは、表面反射光比べて酸化チタン1往復分、余計に走っていることになります。1往復の結果、電界がたまたま重なれば強め合うし、逆になれば弱め合う、という現象が起こります。

パール顔料での光の干渉(3)
お絵かきするとこんな感じです。赤い光のなかになぞのウネウネがありますが、これが電界の向き&強さを表していると思ってください。

図の上側は余分な1往復の結果、ちょうど2つの光の電界の向きが一致する場合です。酸化チタンの厚みが、ちょうど波長分の長さだった場合に対応します。このときは2つの光が強め合い、その色が強く見えます。

一方、図の下側は1往復の結果、ちょうど2つの光の電界の向きが逆になる場合です。酸化チタンの厚みが、ちょうど波長の3/4の長さだった場合に対応します。このときは2つの光が弱め合ってその色が見えにくくなります。

この原理より、酸化チタンの厚みを適切に設定することで、ある特定の波長の光だけを強めに見せる、つまり「色をつける」ことが可能となります。本当にしつこく言いますが、酸化チタン自体に赤や青の色はついていません。光の干渉の結果、色がついて見えるのです。

概要はこんな感じです。次回、もうちょっとマジメに?説明します。



はっぴぃ理系らいふ、いぇい
ヽ(・ε・)人(・ε・)ノ キミモナカマニナロウゼ
   

【文責 べじぱみゅ】