光– 光の『なぜ？』 –

色は光そのもののラベルではなく、光の波長成分を3種類の錐体が受け取り、脳が比較・処理して生じる知覚です。物体色、白色、色恒常性、RGBまで色覚の仕組みを解説します。

レイリー散乱の強さが波長の4乗に反比例するのは、誘起双極子の放射電場が角周波数の2乗に比例し、光強度が電場の二乗に比例するためです。1/λ⁴則を導出から解説します。

狭いすき間を通ると光が広がるのは、開口幅が波長に近づくと回折が強くなり、光線としての直進近似が崩れるためです。単スリット回折と回折限界を解説します。

影は、光が直進する途中で物体に遮られ、後方に周囲より光の少ない領域ができることで生じます。本影・半影、影の濃さ、ぼやけ、回折までわかりやすく解説します。

同じ光でもガラス・金属・紙で反射の強さや広がり方が違うのは、屈折率・吸収・電子応答・表面粗さが異なるためです。フレネル反射、金属反射、鏡面反射と拡散反射を比較して解説します。

光パルスをスローライト媒質で大きく遅くできるのは、強い分散によって群屈折率を大きくし、群速度を小さくできるためです。EIT・フォトニック結晶・群速度分散まで解説します。

光がまっすぐ進むのは、均一な媒質かつ波長より十分大きい尺度では、光の伝搬を直線の光線として非常によく近似できるためです。フェルマーの原理や回折との関係も解説します。

光の屈折が物質・波長・温度によって変わるのは、屈折率が電子応答、分散、密度や温度変化に依存するためです。スネルの法則を基礎に条件ごとの違いを比較します。

透明なプラスチックを曲げると偏光板越しに虹色模様が見えるのは、応力複屈折によって偏光成分に波長依存の位相差が生じるためです。光弾性法との関係まで解説します。

真空中の光にはなぜ決まった有限の速さがあるのでしょうか。電磁波としての光、マクスウェル方程式、特殊相対論、SIでの光速の定義まで初心者向けに解説します。