一応細かいことを・・・

前回、光の干渉のお話をしました。概要はこれでいいのですが、マジメに計算までしようとするともうちょっと細かいことを考えなければなりません。とくに大事なのが2つありまして

1:屈折率(物質の中では光の波長が変化する)
2:反射時の電界の向き


です。まずは屈折率についてです。

物質の中では、光が遅くなる!

タイトルの通りです。空気中(厳密に言うと空気だって物質ですが、事実上「何もない」とみなせます)を伝搬しているのに比べ、水や固体などの物質中を伝搬する光はスピードが遅くなります。ちなみに、細かいことを言いますが電界が変化するスピード(周波数)は変わりません。あくまで変化が前に伝搬していくスピードが変わるのです。
屈折率(1)


「なぜ遅くなるのか?」というのはまあ深い話です。知りたい方は大学でガッツリ物理を勉強してくだされ。

厳密に正しい表現ではないのですが、とりあえずのイメージとしては「物質中では光が抵抗を受ける」と思っていればいいと思います。光は電界の波なので、当然ながら進行中に電荷をもつモノにあたると相互作用します。
物質中では電子がわんさかいますので、入ってきた光と相互作用します(光と電子が押しあったりへしあったり?)。その結果として、何もない空間(空気中)を伝搬するのに比べ、物質中の光は伝わるのが遅くなります。

その遅くなり具合のことを「屈折率」と呼びます。たとえば「屈折率2」という物質では、空気中に比べて光のスピードが半分になります。

このことを干渉の観点から言うとこうなります。
屈折率(2)

物質の中では光の波長が短くなり、同じ距離を伝搬するのでも電界の「往復の数」は増えることになります。干渉は「余分な距離」走った光との電界の重なりを考えるので、電界が何往復するのか、が重要になるのです。

反射のとき、電界がひっくり返る!

そして2つ目の話です。1つ目の「屈折率」でもそこそこ腑に落ちないと思いますが、こっちはもっと腑に落ちないと思います。この「パール顔料」記事の冒頭で申し上げたように、光はとにかく深く難しく、まともに立ち向かうと発狂するので、ある程度「まあ、そんなもんか」と妥協する姿勢が必要です。ここもまさにそれです。

反射(1)
反射(2)
ここはいきなりお絵かきします。光は異なる物質間の界面で反射するのですが、そのときに電界がひっくり返る場合があります。

上側のように、水から空気つまり屈折率の高いものから低いものに向かって入射し反射した場合、電界はそのままです。逆に下側のように、空気から水つまり屈折率の低いものから高いものに向かって入射し反射した場合、電界は反転します。

この理由はメチャクチャ深いです。「私は物理でメシを食っていくんだ!」と覚悟を決めた人が勉強すればいいと思います。少なくともか弱い高校生が立ち入っていい領域ではありませんので、お願いだから受け入れてください。とりあえずの理由としては「物質中の電子ちゃんと相互作用する結果、どうしてもそうなっちゃう」と思っていてくだされ。

さて、次回はパール顔料のラストです。



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】