ガラスの中を通過するとき光は秒速30万kmではないの?

画像
★科学★
問題:光が秒速30万kmで進むという話は子供のころに教わりました。ただし、「真空中では」という条件がつくそうです。
■では、ガラスの中を進む光は、どのぐらいの速度になるのでしょうか?
[い]真空中の9999/10000まで遅くなる
[ろ]真空中の99/100まで遅くなる
[は]真空中の9/10まで遅くなる
[に]真空中の2/3まで遅くなる
[ほ]真空中の1/3まで遅くなる
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[に]真空中の2/3まで遅くなる
説明:真空中の速度が30万km/秒とすれば、ガラスの中では20万km/秒ぐらいにまで下がるそうです。
■参考資料*1によれば、ガラスを通過するとき、光はガラスを構成している原子にぶつかるそうです。原子の中の電子は光のエネルギーを受け取ります。そしてすぐに光を再放出するらしい。隣の原子でもおなじことが起き、次々とリレーしていくそうです。電子から電子へとリレーされるので手間と時間がかかり、遅くなるらしい。
■ガラスだけではなく、無色透明な物質は可視光全域の光がリレーされていくそうです。可視光のわずかでも吸収されると半透明になったりするらしい。
■厳密にいえばガラスも完全な無色透明というわけではありません。ガラスの断面が緑色がかっているのを目にすることがあります。断面の反対側から入射した光のうち、緑色近辺の光は透過し、他の光が吸収されたらしい。吸収された他の光は熱にかわっているそうです。
■透明な物質の中での光の速度は、屈折率と関係してくるようです。ガラスの屈折率は1.5~1.9ぐらいだそうです。屈折率が1.5のときは光が通過する速度は20万km/秒になるらしい。眼鏡の場合、屈折率が高いガラスを使うとレンズを薄くできるといわれます。そのかわり少し高価になります。屈折率と価格の高いレンズの中を進むとき、光はもっと遅くなっているのでしょうかね。なお、ダイヤモンドは屈折率がガラスよりもはるかに高く、その中を光が進むときは10万km/秒ぐらいになるらしい*2。
■いま、インターネットに使われるケーブルは光ファイバーと呼ばれる材料が多いそうです。石英ガラスと呼ばれるガラスが使われていると聞きます。透明度が高いらしい。でもガラスである以上、速度は当然ながら30万km/秒よりも遅くなります。もし真空状態が簡単に作れて維持できたら、いまよりも伝送速度の速い通信ができるのかな。
■余談です。光が秒速17mで進むという話は大人になってから教わりました。ただし、「極端に低い温度のナトリウム原子の雲の中で」という条件がつくそうです*2。時速61kmほどらしい。新幹線ひかりのほうが速いですね。
◆参考*1:書籍「いまさらきけない化学の疑問」初版73~74頁、左巻健男監修、ISBN978-4-7741-3858-9、技術評論社
◇*2雑誌「光とは何か?」Newton0707月号84~85頁、ニュートンプレス

ぬけられます→科学雑学クイズ一覧

ブログ気持玉

クリックして気持ちを伝えよう!

ログインしてクリックすれば、自分のブログへのリンクが付きます。

→ログインへ

なるほど(納得、参考になった、ヘー)
驚いた
面白い
ナイス
ガッツ(がんばれ!)
かわいい

気持玉数 : 6

なるほど(納得、参考になった、ヘー) なるほど(納得、参考になった、ヘー)
面白い 面白い
ナイス ナイス

この記事へのコメント

あさ
2009年10月15日 12:35
> もし真空状態が簡単に作れて維持できたら、いまよりも伝送速度の速い通信ができるのかな。

光ファイバーの構造は同軸状になっており、中心に屈折率が大きいガラス、その周囲に小さいガラスが使用されています。屈折率が大きい物質から屈折率が小さい物質へ光が入射する時の「全反射」を利用して、光をケーブルの中に閉じ込めています。となると、この構造では中を真空にするのは難しいですね。なにせ、内よりも外の方が屈折率が小さい必要があり、原則的に真空より屈折率が小さい物質はありませんから。
あさ様<素町人
2009年10月15日 18:08
コメントをありがとうございます。
細かいご説明に感謝いたします。
m(_ _)m

ところで、全反射を利用しない方法はないのかな。
たとえば、レーザー光を用いるとか。
光をレンズで細く絞るとか。

真空な空間と減衰しにくい光線があれば、
通信速度は上がるのでしょうかね。

もちろん、実用性とかコスト面は
いっさい無視した話ですけど。
(^o^)

この記事へのトラックバック