光について人類が知っておくべき5つのこと
2015年は国際光年です（ただし世界共通の光年は2533年）。 私たちの生活のあらゆる場面で、光がとても重要であることは、誰もが認めるところでしょう。 しかし、すべての人間が知っておくべき重要なこととは何でしょうか？ 7歳以下の子供たちは、光についていろいろ知っているでしょうが（いつも使っているものですから）、今は気にしないでください。
Light Is a Wave
波とは何でしょうか？ まず、例から見てみましょう。 水たまりに石を投げ入れると、次のようなものが見えます。
石は水中に乱れ（さざ波）をつくります。 この乱れは、岩がぶつかったところから半径方向外側に移動します。 水の分子は上下に動くだけで、外側に動くのは乱れであって、水の分子ではありません。 同じようなことを、長めのひもを使ってやってみましょう。 床に置いて、片方の端を揺らし続けます。
ここで、波がひもを伝わっていく場合を見てみましょう。
これらの 4 つの特性は次のとおりです：
- 振幅：これは妨害の変位の大きさです。 振幅の単位は波の種類によって異なります。 文字列の場合、単位はメートルとなる。
- 波の速度：1つの変位を見る場合、それは動いているはずである。 波の速度は速度です（冗長なようですが）。 波速の単位はメートル毎秒です。
- 波長：これはある擾乱から次の擾乱までの距離をメートルで測ったものです
- 周波数：もし1秒間に静止点を通過する波の数を数えたら、それが周波数（サイクル毎秒、ヘルツ単位）となるでしょう
最後の三つの特性は関連しています。 波の速度は、波長と周波数の積に等しい。
つまり、光は波なのです。 つまり、上記のすべての特性を持ち、次のような波動的なことができます：
- 拡大して全方向に放射する（電球や岩によって生じる水中の波のように）
- 他の波と干渉する。
- 角を曲げる（そう、光はこうしている-でも見えにくい）
- エネルギーと運動量を運ぶ
- 物質と相互作用する
光はこれらすべてのことをする
Light is an Electromagnetic Wave
自分でも波を作ることができます。 長い延長コードを手に取り、地面に伸ばします。 ここで片方の端を垂直に振ってみます。 このようなものができるはずです（この画像はスローモーションです）:
次に、延長コードを取り外して、このデモを繰り返してください。 はい、何も起こりません。 波が伝わる媒質がなければ、波は発生しないのです。 しかし、光はどうでしょう。 光は波でしょう？ そうです（上に書いたように）。 では、太陽から地球へ向かう光は、何もない空間をどのように進むのでしょうか？
電場と磁場について、重要なことが2つあることがわかりました。 まず、ここに磁気コンパスの上に電流を流す電線があります。 電流は磁場を作り、コンパスの針を回転させます。
しかし、磁場を作るのに電流は必要ありません。 電場が変わると磁場もできることがわかりました。 ここに、電球（電池なし）につながった針金のコイルがあります。 この変化する磁場の上に置くと、変化する電場が発生して電流が流れます。
つまり、変化する電場が磁場を作り、変化する磁場が電場を作っているのです。 この 2 つのアイデアを組み合わせると、2 つの波 (電界波と磁界波) ができ、両方とも他方を伝播させることができるのです。 電磁波は媒質を必要としません。ある意味、電磁波自身が媒質だからです。
Different Wavelengths of Light Interactly Differently With Matter
まず、電磁波のスペクトルです。 1メートルより大きいもの（電波）から10ピコメートル以下のもの（ガンマ線-ただし波動である）まで、あらゆる波長の電磁波を作ることができるのです。 ここでは、電磁波のスペクトルを波長の大きいものから小さいものへと一般的に分類しています。
- ラジオ
- マイクロ波
- 赤外線
- 可視光
- 紫外線
- X-線
- 赤外線
- 可視光
- 赤外線
- X-線
- 可視光線
- X線
- ガンマ線
これらはすべて電磁波で、同じ速度（光速）で伝わります。 しかし、物質との相互作用はそれぞれ異なります。 もしあなたが屋内にいても、これらの電波はほとんどの壁を通り抜けるので、あなたの携帯電話はセルタワーからデータを得ることができます。 壁を通しても見えるのですか？ いいえ。可視光線はほとんどの壁を通りません。 X線はほとんど皮膚を通過しますが、皮膚を通して（可視光で）見ることはできません。
技術的には、光と物質との相互作用は光の周波数に依存しますが、周波数と波長は関連しているので、波長についてだけ話せばよいでしょう。
光が目に入ると物が見える
さて、これは光だけでなく、人間の働きについても言えることですが、
光が目に入るには2つの方法があります。 まず、光源（電球のようなもの）があって、光を発生させます。 この光は目に入り、脳はこの信号を光として解釈します。 もうひとつの方法は（より一般的な）、反射光によってものを見る方法です。 例えば、鉛筆を見ているとします。 光は（どこからか）鉛筆に反射して、あなたの目に入ります。
しかし、もし目に入る光がなかったらどうなるのでしょうか。 光源がまったくない場所にいたらどうでしょう。 その場合、あなたは黒という色を知覚します。 実は、これは楽しい質問かもしれません。 誰かにこう聞いてみてください：
あなたは光がまったくない場所に行ったことがありますか？ (ほとんどの人はしたことがないでしょう) 完全に暗い部屋にいたら、何が見えるでしょうか?
非常に一般的な答えの1つは、最初は、すべてが黒く見えるというものです。 この人たちは、しばらくすると目が慣れてきて、何かが見えるようになるとも言うでしょう。 正しい答えは、「永遠に黒が見えるだけ」です。 目に光が入ってこなければ、ただ黒が見えるだけです。 この一般的な考え方は、一般的な経験に基づいています。 通常、暗い部屋にいると、目は確かに調整されます。
All Objects Produce Light
Maybe I should say that all objects create electromagnetic waves – they do. あなたの家の例で見てみましょう。 台所に行き、コンロの火を強くしてください（電気コンロを使っていると仮定して）。
やがて、コンロの素が熱くなって、低い赤色に光ります（赤熱）。 しかし実は、エレメントはずっと光を出していたのです。
あなたの身の回りにあるほとんどのものは、赤外線の電磁波を放射しているので、それを見ることはできないのです。 しかし、赤外線カメラ（携帯電話用）を持っていれば、間接的に見ることができます。 これらの赤外線カメラは、赤外線を検出して、人間が見ることができる偽色の画像を作成します。 ほとんどの場合、赤外線画像内の異なる色は、物体の異なる温度に対応しています。
ここに例があります。 これは、つるつるの床の上にいる私の犬です。 彼の目と鼻は、体の他の部分よりも暖かいことに注意してください。
Rhett Allain
しかしこれは、ストーブより熱い物体にも有効ですか。 はい、そうです。 物体がさらに熱くなると、より短い波長の光が発生します。 最終的には、より短い波長の光が生成されるため、物体は白く見えるようになります。 そうです。さらに高温になると紫外線も発生します。
以上、光について知っておくべき5つのことでした。