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2020年5月15日金曜日

【ゆっくり解説】光の速度は本当に一定か?【Voiceroid解説】#8


【科学動画で受験シリーズ #8】

先日体重が40キロを下回り、30キロ台に到達しました。なんででしょうか。何もしてないのに。

【ひとくち解説シリーズ】

コメント付きで見たい方はこちら(ニコニコ版)


文章で読めるよう、一応原稿を公開しておきます。

しかし、原稿なので動画と違う点や間違ったことがそのままの場合もあります。
ご注意ください。



光の速度は本当に一定か?

今回は光の速度は本当に一定か?について話していこうと思います。

光の速度が一定ってのは中学の頃に習ったね。でもあまり納得できなかったんだよね。

ええ、私も昔は納得できませんでした。
うp主も中学生の頃は納得できず、光の速度が一定であることの反例を色々考えていました。
しかし先生に聞いても、煙たがられるばかりで教えてくれず、同級生からも凄くバカにされたそうです。

ですが、中学生のうp主が抱いていたそれらの疑問は高校生のうp主によって解消されることとなりました。

もしかしたらここにも同じ疑問をいだいている人もいるかもね。

ということで、まずはかつてのうp主が抱いていた光速不変の原理に対する反論を潰していきます。

まず最初の疑問はこちら。

1.光の速度は水中で抵抗を受け減速するのではないか?

あーたしかに減速しそう。でも結局しないんだよね?

これはですね、確かに見かけ上、光の速度は水中で減速します。

え?いきなり光速不変の原理が崩れちゃったけど?

いいえ、崩れていません。順を追って説明していきます。
まず、真空での光の速度は約30km/sです。
ですが、水中では約22.5km/sと観測されます。

これはなぜでしょうか。

コレを解消出来るのが量子電磁力学という学問です。
この学問での電子の基本法則の一つに、「電子は光を吸収したり取り込んだりする。」というものがあります。
光が電子とぶつかると、その光は電子に一旦吸収されます。
しかし、その状態では安定せず、また吸収した光と同じ量の光を放出します。
そして電子が光を吸収し、再び放出するまでには若干のタイムラグが存在するのです。

そして水分子も当然、電子を持ちます。
水中の光に光が入ってくると、水分子の電子が光を吸収し、放出、またその隣の水分子の電子が光を吸収し、放出する。コレを繰り返す事により、タイムラグが重なっていって見かけ上、速度が減少しているように見えるのです。

なるほどね。

確かに水は抵抗となっていますが、光自体の速度が減っているわけではないんです。

また、光の反射なども似たような原理で成り立っています。
詳しく学びたい人は量子電磁力学を学ぶと良いですよ。

次に行きましょう。


2.車に乗りながら光を放てば、車の速度+光の速度になるのではないか?

なりません。

じゃあ、車を動かした分の運動エネルギーはどうなるの?

光のエネルギーになります。

ああ、なるほどね。

そして光の色は光のエネルギー量で決定されます。
つまり、車を動かしながら光を放つと光の色が変わるのです。

そんなことが起きるんだね・・・

まぁでも変わるのは本当に僅かですけれどね。
そしてこの現象をドップラー効果といいます。

え?アレって音の話じゃなかったっけ?

音は波というのは知っていますよね。
光にも波の性質があるため、同様の事が起こるのです。

音源が近づいてくると音の波長が短くなり、高い音が聞こえる。
光源が近づいてくると光の波長が短くなり、より紫色に近い色が見えるんです。
光の波長と色とエネルギーの関係に関して詳しく知りたい人は、過去の動画である「ブルーライトはなぜ目に悪いの?」を見てください。

余談なんですが、うp主はこの事を自力で見つけ出したんですが、それを高校の先生に話したら先生もそれを知らなかったようで、先生と仲良くなりました。

p主はコレを後に「人生で最も幸福なひらめき」と語っています。

おい、まだ18歳だろ。



ここまで光の速度が一定であることをについて語ってきましたが、実は光の速度は常に一定でないことが2015年に確認されました。

ええええええええ!?

スコットランドのグラスゴー大学とヘリオット・ワット大学の研究チームが光を媒介する素粒子である光子を液晶マスク装置にを通して、光子の形状を変化させたものとそうでないものの速度を比較しました。
結果は形状が変化した光子の光は通常の光子の光と比べ1mで最大20波長分の遅れが観測されたそうです。

え?それって相当凄いことじゃない?

ええ、凄いことです。
光速不変の原理を破るということは、現代の物理学を根底から揺るがしたということですから。

ただし、遅れさせられたのは極僅かですので、コレによって現在の理論が変化することはないでしょう。

ただ、新しい学問が生まれるのは間違いないでしょうね。

楽しみだね。

視聴者のお前が作るんだよあくしろよ。

というわけで今回はここまで!

ご視聴ありがとうございました!
ご視聴ありがとうございました!

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