光

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この項目では電磁波の一種について説明しています。その他の光についてはひかりをご覧ください。

光（ひかり）は、電磁波の一種。おもに可視光線のことだが、赤外線・紫外線を含めていうことも多い。光は波動と粒子の二重性をもち、波動であることを強調する場合は光波、粒子であることを強調する場合は光子と呼ばれる。光源や観測者の速度にかかわらず「相対速度が変化しない」という特徴を持つ。

プリズムによる分光

[編集] 光の波動性

波動としての光を光波と呼び、反射・屈折・回折などの現象を起こす。ヤングの干渉実験により光の波動説として証明され、その後マクスウェルらにより光は電磁波であることが示された。厳密にはマクスウェルの方程式で記述されるベクトル波であり偏光を持つが、波動光学では簡略化のためにスカラー波として扱うことが多い。

（光のエネルギーは電場の強度の２乗に比例する）（光の運動量はポインティングベクトルに比例する）

[編集] 光の粒子性

粒子（量子）としての光を光子（光量子）という。光子は電磁場の量子化によって現れる量子の1つで、電磁相互作用を媒介する。ニュートンの光の粒子説によって唱えられた。現在の光子の概念はアインシュタインによって提唱された。

E = h ν

　（光のエネルギーは振動数

ν

に比例する）

E = p c

　（光のエネルギーは運動量

p

に比例する）

[編集] 粒子説と波動説

「光は粒子か波か？」

これはかつて良く議論された問題である。なぜならば、光を波として捉えなければ説明のつかない現象（たとえば光の干渉、分光など）が知られていた、と同時に、光を粒子として捉えなければ説明のつかない現象（光電効果など）も知られていたためである。

この問題に対しては数多くの議論が重ねられてきたが、20世紀前半から後半にかけて「量子力学」という学問分野が確立していく中で、「光は（粒子）でも（波）でもなく、その両方の性質をあわせ持つ（量子）というものである」という事が確かめられた。この量子のもつ特異な性質のことを指して、「光は〈粒子性〉と〈波動性〉をあわせ持つ」などと表現することがある。（量子の詳しい性質については記事：量子を参照）現在では呼び方として、光の粒子性に重点を置く場合は「光子」、波動性に重点を置く場合には「光波」、光が粒子と波の二面性を持った量子である、という点に重点をおく場合は光量子と言う。

[編集] 光の性質

性質としては上記の通り粒子性と波動性があり屈折・(全)反射・干渉(ホログラフィ)・回折・偏光(LPL・CPL)などの

光は、通常、直進する。（エウクレイデスの光の直進の法則）
凸凹の無い平面鏡に当たった光は、鏡に当たったときと同じ角度で反射する。　（エウクレイデスの光の反射の法則）
屈折率の異なる物質の境界面で光の速度が変化する。その結果、境界面への入射角が直角でない場合には、光の進路が変化する。　（屈折）
光の屈折の際は、スネルの法則が成立する。
光の強さは、光源からの距離に逆2乗する。　（ケプラーの光の逆2乗の法則）

主な物質との関係ではフォトニクスと呼ばれ大別してPhoto(光化学、光物理などの分子場理論)とOpto(光学などの放射場理論)と呼び方が異なり、光物理機能としては励起エネルギー移動や化学発光、電界発光(EL)等、光化学機能としてはフォトレジストや光触媒、光エネルギー変換等、光波機能としては、光ファイバーや近接場光学、コヒーレント分光などがある。