光は電磁波だ! 電磁気学はマックスウェルの方程式と呼ばれる 4 つの方程式の組にまとめることが出来る. この 4 つを組み合わせると波動方程式と呼ばれる形になるのだが, これを解けば波の形の解が得られる. その波(電磁波)の速さが光の速さと同じであった事から光の正体は電磁波であるという強い証拠とされた. と, この程度の解説しか書いてない本が多いのだが, 速度が同じだというだけで同じものだと言い切ってしまったのであれば結論を急ぎすぎている. この辺りは私も勉強不足で, 小学校の頃からそうなのだと聞かされて当たり前に思っていたので鵜呑みにしてしまっていた. しかし少し考えればこれ以外にも証拠はいくらでもあって, 電磁波と同様光が横波であることや, 物質を熱した時に出てくる放射(赤外線や可視光線, 紫外線), 高エネルギーの電子を物質にぶつけた時に発生するエックス線などの発生原理が電磁波として説明できることから光が電磁波だと結論できるのである. (この辺りの事については後で電磁気学のページを開いた時にでも詳しく説明することにしよう. ) 確かにここまでわざわざ説明するのは面倒だし, 物理の学生を相手にするには必要ないだろう. とにかく, 速度が同じであったことはその中でも決定的な証拠であったのだ. 昔から光の回折現象や屈折現象などの観察により光が波であることが分かっていたので, 電磁波の発見は光の正体を説明する大発見であった. ところが! 光がただの波だと考えたのでは説明の出来ない現象が発見されたのだ. この現象は「 光電効果 」と呼ばれているのだが, 光を金属に当てた時, 表面の電子が光に叩き出されて飛び出してくる. 金属は言わば電子の塊なのだ. ちなみに金属の表面に光沢があるのは表面の電子が光を反射しているからである. ところが, どんな光を当てても電子が飛び出してくるわけではない. 条件は振動数である. 振動数の高い光でなければこの現象は起きない. いくら強い光を当てても無駄なのだ. 金属の種類によってこの最低限必要な振動数は違っている. そして, その振動数以上の光があれば, 光の強さに比例して飛び出してくる電子の数は増える. 光が普通の波だと考えるなら, 光の強さと言うのは波の振幅に相当する. 強い光を当てればそれだけ波のエネルギーが強いので, 電子はいくらでも飛び出してくるはずだ.
光って、波なの?粒子なの? ところで、光の本質は、何なのでしょう。波?それとも微小な粒子の流れ? この問題は、ずっと科学者の頭を悩ませてきました。歴史を追いながら考えてみましょう。 1700年頃、ニュートンは、光を粒子の集合だと考えました(粒子説)。同じ頃、光を波ではないかと考えた学者もいました(波動説)。光は直進します。だから、「光は光源から放出される微少な物体で、反射する」とニュートンが考えたのも自然なことでした。しかし、光が波のように回折したり、干渉したりする現象は、粒子説では説明できません。とはいえ波動説でも、金属に光があたるとそこから電子、つまり、"粒子"が飛び出してくる現象(19世紀末に発見された「光電効果」)は、説明がつきませんでした。このように、"光の本質"については、大物理学者たちが論争と証明を繰り返してきたのです。 光は粒子だ! (アイザック・ニュートン) 「万有引力の法則」で知られるアイザック・ニュートン(イギリスの物理学者・1643-1727)は、プリズムを使って太陽光を分解して、光に周波数的な性質があることを知っていました。しかし、光が作る影の周辺が非常にシャープではっきりしていることから「光は粒子だ!」と考えていました。 光は波だ! (グリマルディ、ホイヘンス) 光が波だという波動説は、ニュートンと同じ時代から、考えられていました。1665年にグリマルディ(イタリアの物理学者・1618-1663)は、光の「回折」現象を発見、波の動きと似ていることを知りました。1678年には、ホイヘンス(オランダの物理学者・1629-1695)が、光の波動説をたてて、ホイヘンスの原理を発表しました。 光は絶対に波だ! (フレネル、ヤング) ニュートンの時代からおよそ100年後、オーグスチン・フレネル(フランスの物理学者・1788-1827)は、光の波は波長が極めて短い波だという考えにたって、光の「干渉」を数学的に証明しました。1815年には、光の「反射」「屈折」についても明確な物理法則を打ち出しました。波にはそれを伝える媒質が必要なことから、「宇宙には光を伝えるエーテルという媒質が充満している」という仮説を唱えました。1817年には、トーマス・ヤング(イギリスの物理学者・1773-1829)が、干渉縞から光の波長を計算し、波長が1マイクロメートル以下だという値を得たばかりでなく、光は横波であるとの手がかりもつかみました。ここで、光の粒子説は消え、波動説が有利となったのです。 光は波で、電磁波だ!
しかし, 現実はそうではない. これをどう考えたらいいのだろうか ? ここに, アインシュタインが登場する. 彼がこれを見事に説明してのけたのだ. (1905 年)彼がノーベル賞を取ったのはこの説明によってであって, 相対性理論ではなかった. 相対性理論は当時は科学者たちでさえ受け入れにくいもので, 相対性理論を発表したことで逆にノーベル賞を危うくするところだったのだ. 光は粒子だ! 彼の説明は簡単である. 光は振動数に比例するエネルギーを持った粒であると考えた. ある振動数以上の光の粒は電子を叩き出すのに十分なエネルギーを持っているので金属にあたると電子が飛び出してくる. 光の強さと言うのは波の振幅ではなく, 光の粒の多さであると解釈する. エネルギーの低い粒がいくら多く当たっても電子を弾くことは出来ない. しかしあるレベルよりエネルギーが高ければ, 光の粒の個数に比例した数の電子を叩き出すことが出来る. 他にも光が粒々だという証拠は当時数多く出てきている. 物を熱した時に光りだす現象(放射)の温度と光の強さの関係を一つの数式で表すのが難しく, ずっと出来ないでいたのだが, プランクが光のエネルギーが粒々(量子的)であるという仮定をして見事に一つの数式を作り出した. (1900 年)これは後で統計力学のところで説明することにしよう. とにかく色々な実験により, 光は振動数 に比例したエネルギー, を持つ「粒子」であることが確かになってきたのである. この時の比例定数 を「 プランク定数 」と呼ぶ. それまで光は波だと考えていたので, 光の持つ運動量は, 運動量密度 とエネルギー密度 を使った関係式として という形で表していた. しかし, 光が粒だということが分かったので, 光の粒子の一つが持つエネルギーと運動量の関係が(密度で表す必要がなくなり), と表せることになった. コンプトン散乱 豆知識としてこういう事も書いておくことにしよう. X 線を原子に当てた時, 大部分は波長が変わらないで反射されるのだが, 波長が僅かに長くなって出て来る事がある. これは光と電子が「粒子として」衝突したと考えて, 運動量保存則とエネルギー保存則を使って計算するとうまく説明できる現象である. ただし, 相対論的に計算する必要がある. これについてはまた詳しく調べて考察したいことがある.
「変位電流」の考え方は、意外な結論を引き出します。それは、「電磁波」が存在しえるということです。同時に、宇宙に存在するのは、目に見え、手に触れることができる物体ばかりでなく、目に見えない、形のない「場」もあるということもわかってきました。「場」の存在がはじめて明らかになったのです。マクスウェルの方程式を解くと、波動方程式があらわれ、そこから解、つまり答えとして電場、磁場がたがいに相手を生み出しあいながら空間を伝わっていくという波の式が得られました。「電磁波」が、数式上に姿をあらわしたのです。電場、磁場は表裏一体で、それだけで存在しえる"実体"なのです。それが「電磁場」です。 電磁波の発生原理は? 次は、コンデンサーについて考えてみましょう。 2枚の金属電極間に交流電圧がかかると、空間に変動する電場が生じ、この電場が変位電流を作り出して、電極間に電流を流します。同時に変位電流は、マクスウェルの方程式の第2式(アンペール・マクスウェルの法則)によって、まわりに変動する磁場を発生させます。できた磁場は、マクスウェルの方程式の第1式(ファラデーの電磁誘導の法則)によって、まわりに電場を作り出します。このように変動する電場がまた磁場を作ることから、2枚の電極のすき間に電場と磁場が交互にあらわれる電磁波が発生し、周辺に伝わっていくのです。電磁波を放射するアンテナは、この原理を利用して作られています。 電磁波の速度は? マクスウェルは、数式上であらわれてきた波(つまり電磁波)の伝わる速度を計算しました。速度は、「真空の誘電率」と「真空の透磁率」、ふたつの値を掛け、その平方根を作ります。その値で1を割ったものが速度という、簡単なかたちでした。それまで知られていたのは、「真空の誘電率=9×10 9 /4π」「真空の透磁率=4π×10 -7 」を代入してみると、電磁波の速度として、2. 998×10 8 m/秒が出てきました。これはすでに知られていた光の速度にピタリと一致します。 マクスウェルは、確信をもって、「光は電磁波の一種である」と言い切ったのです。 光は粒子でもある! (アインシュタイン) 「光は粒子である」という説はすっかり姿を消しました。ところが19世紀末になって復活させたのは、かのアインシュタインでした。 光は「粒子でもあり波でもある」という二面性をもつことがわかり、その本質論は電磁気学から量子力学になって発展していきます。アインシュタインは、光は粒子(光子:フォトン)であり、光子の流れが波となっていると考えました。このアインシュタインの「光量子論」のポイントは、光のエネルギーは光の振動数に関係するということです。光子は「プランク定数×振動数」のエネルギーを持ち、その光子のエネルギーとは振動数の高さであり、光の強さとは光子の数の多さであるとしました。電磁波の一種である光のさまざまな性質は、目に見えない極小の粒子、光子のふるまいによるものだったのです。 光電効果ってなんだ?
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よく皆様からご質問頂く内容に「レーザーって痛いんですか?」というのがあります。今回はその疑問にお答えします! 結論からいうと「ほとんど痛くないです」。レーザーをやる前に鼻の中に麻酔液をしみこませたガーゼを入れます。そのときはさすがに皆さん顔をしかめているのでちょっと痛そうです。ただ、それが終わればレーザーの治療自体にはほとんど痛みはありません。人により若干輪ゴムではじかれたような痛みがありますが、問題なく施行できています。 当院では開業以来70人ほどレーザー治療を行っておりますが、幸い術後痛みでつらかったという患者様はいらっしゃいません。 流れとしては午前診療なら12時まで、午後診療なら17時30分までにご来院頂き、受付で「レーザー希望」とお伝えください。特別な予約はいりません。 費用は三割負担で10000円ほどです。丸福は適応されます。 手術時間は5分ほどです。当院では最年少は8歳のお子さんがやっています。 スギ花粉症対策でレーザー希望の場合は年内の治療がお勧めです。是非ご検討ください。
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私は合計で3回飛蚊症レーザー治療を受けました。 1回あたりの照射数は、50回くらいでしょうか。 合計で200発も打ってないはずです。 正確にカウントする余裕がなかったため、確かな数字はお伝えできませんが、時間的には10分くらいでした。 実際に効果はあったの? 結論からいうと、全くありませんでした。 医師が撮る眼内のレントゲン写真によると、飛蚊症の影が消えていると伝えられました。 効果がないと伝えると、 『おかしいですねぇ』 の一言。 (ワイのセリフや) 私以外に効果があった人はいた?
「一生治らないと思っていた鼻づまりが、手術で治って人生変わった」という話です。 私自身いろんな方の体験記を読んで参考にさせていただいたので、お返しではないですが、一事例としてネットの海に記録を残しておきます。「鼻が詰まるなら鼻をかめばいいじゃない」という発想の人は、この投稿は何の参考にもなりません。鼻をかめないんだよ。 ■手術までの経緯 今までずっと鼻づまりがひどい人生でした。スギ・ヒノキ・イネ・ブタクサ・シラカバ、大体の花粉は反応するため ほぼ一年中花粉症 でした。さらには猫を飼っているのに 猫アレルギー 。鼻を噛んでも何も出ないのに詰まっている、というのは当たり前で、お酒を飲むと鼻から息ができなくなることもありました。鼻洗浄(鼻うがい)の液が鼻を通らない、とかもザラ。 そんな鼻に不自由を抱えて暮らしていた私ですが、たまたま「 鼻中隔湾曲症 」という症状があることを知りました。左右の鼻の穴を隔てる軟骨が曲がっていることで、鼻が詰まってしまうようです。そして、どうやらこれは手術で治るらしい! 近所の耳鼻科で相談してみると、 「 軟骨がS字に曲がってて、両鼻とも空気の通り道が狭い ですね」 とのこと。そんなことある?
完治した後は、夜寝づらくなくなりました! 夜中に鼻詰まりで起きることもなくなっています。息苦しくて起きることがほとんどなくなったので、やった甲斐があったなあと思います!の通りも良くなったので、鼻をかんだら鼻水がしっかりとれることにもびっくりしました。今まで 血圧は術後は上がって焦ったんですが、寝れるようになってからは少しずつ下がってきています。 上の血圧は10ぐらい下がりました。 睡眠の質が改善されて自律神経が整ってきたようです。 副次効果として、肩こりもましになっています。もともと鼻づまりがひどく力んで呼吸していたことが原因で肩こりもひどかったようで、 手術後はリラックスして呼吸できることで肩こりの症状も緩和しました! こんな感じで、自覚症状がある人にとっては効果絶大です!手術はしんどいですが、ぜひ興味のある方は検討してもらえればと思います。 「鼻中隔湾曲症 手術」「鼻中隔湾曲症 体験」で検索すると色々な情報が上がっていますので、気になる方はぜひ検索してみてください! 鼻炎や鼻詰まり(鼻閉)の改善/レーザー治療に特化した東京都豊島区目白駅近くの耳鼻咽喉科・美容外科. 関連エントリ 鼻中隔湾曲症の手術で役に立ったものについては、下のエントリを見てください!
鼻のレーザー手術後の注意 手術、大変おつかれさまでした。 手術当日は デスクワークは可能です。 車の運転は可能です。 お風呂は禁止です。シャワー・洗髪はOKです。 ※翌日から、短時間のお風呂はOKです。 激しい運動は禁止です。 医師の指示があるまで(術後14日間ぐらいが目安です) 水泳は禁止です。球技は可能です。 鼻血が出やすいので、強く鼻をかむのは禁止です。 鼻水、鼻づまりがひどくなるので、お酒・たばこは控えてください。 術後、通院してください 鼻の焼いた傷口は、落ち着くまで10~14日間かかります。 術後の処置も大切な治療となりますので、週1回(2週間)通院してください。 お薬を指示どうり使用してください 点鼻薬を処方します。鼻の粘膜の腫脹を抑える効果があります。 1日2回、定期的に使用してください。鼻水・鼻づまりが軽減されます。