1. サイエントーク
  2. 191. 光の正体を数式で暴く!..
2025-06-19 36:21

191. 光の正体を数式で暴く!電磁波で繋がる理論とマクスウェルが見た世界

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電気と磁気と光、これまでの話が繋がっていく!アインシュタインにも大きな影響を与えたマクスウェル方程式について、音声でもわかるように概要を話し、原子の話を更に深掘りします。


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サマリー

マクスウェルの業績について探求しています。特に、彼の方程式が果たす役割やその重要性には大きな価値があり、歴史的な背景や実験を通じて理解が深まります。このエピソードでは、マクスウェルが提唱した電磁波の理論やその数学的な表現について深く掘り下げています。特に、電波と磁場の関係や電磁誘導の概念を通じて、光の速さが電磁波と結びついていることが明らかにされ、電磁波の本質に対する理解が深まります。また、電磁波の本質や波の性質について取り上げ、マクスウェル方程式が光の速さが一定である理由を説明します。さらに、アインシュタインの相対性理論がどのように電磁気学に影響を与えたかについても議論されています。今回のエピソードでは、マクスウェルの法則を通じて光の正体を探求し、電磁波と歴史的な科学者たちの繋がりについて考察しています。

カラー写真の誕生
スピーカー 2
それを見つけたら、なんか興奮するだろうね。
スピーカー 1
これさ、なんか世界の秘密を知ってしまった感ない?
スピーカー 2
あるあるある。
この今までのストーリーで聞いたら、特にそう思うかも。
スピーカー 1
レンです。
スピーカー 2
エマです。サイエントークは、研究者とOLが科学をエンタメっぽく語るポッドキャストです。
スピーカー 1
世界で初めて撮影されたカラー写真って知ってます?
スピーカー 2
知らないです。
スピーカー 1
いつぐらいだと思う?
スピーカー 2
えー、でも結構最近のイメージだよね。
カラーだったか。
カラーね。どうなんだろう。でも意外と昔からやってたりして、その普及するのが遅かっただけで。
えー、でも、1900年ぐらい?
スピーカー 1
あー、これはね、答えは1861年。
スピーカー 2
えー、早っ。
スピーカー 1
めっちゃ早い。
スピーカー 2
そっか。もうその時なんてまだなんか、写真もできたばっかりみたいな時期、イメージ。そうでもない?
スピーカー 1
写真ができたのは1826年か27年後。
スピーカー 2
あー、でも近くない?
スピーカー 1
結構近い。
何年で言ったっけ?カラー写真。
1861年。
スピーカー 2
じゃあ30年後ぐらいには。
スピーカー 1
そう。で、写真、まあ初の写真は白黒で、もうアスファルトを塗った金属板に光を当てて固めるっていうやつなんだけど、
これ、まあ8時間から数日かかるんだよね。撮影するのに。
スピーカー 2
えー。
スピーカー 1
で、まあ白黒写真の方は、これフランスの窓からの眺めっていうやつがあって。
それが世界最古の写真なんだけど、現存する。
で、カラーは1861年で、タータンチェックのリボンっていう写真がある。
スピーカー 2
えー。どこで撮影されたの?
スピーカー 1
これはね、イギリスですね。
スピーカー 2
なんか嬉しいな、イギリスいっぱい出てきて。その写真もどっかのさ、美術館とか博物館とかにあったらなんか見に行きたいな。
スピーカー 1
あー、あるんかな。スコットランドの人なんですよね。
スピーカー 2
スコットランドか。
スピーカー 1
撮影したのは写真家のトーマス・サットンって人なんだけど、これをアドバイスしてた人。
スピーカー 2
うん。
スピーカー 1
これ、ジェームズ・クラーク・マクスウェルっていう物理学者なんですよね。
スピーカー 2
うん。
スピーカー 1
が、この赤と青と緑の3色フィルターを通して、白黒写真を3枚撮影して、それを重ね合わせるとカラー写真になりますよって言って。
スピーカー 2
へー。
スピーカー 1
で、リボンを撮影して、もうそれが初めてのカラー写真なんだけど。
マクスウェルの重要性
スピーカー 2
ちゃんとさ、本当の色を反映したカラーになってるのかな?
スピーカー 1
うーん、ある程度は3原色使ってちゃんとなるらしいよ。
これアディティブカラープロセスって言うらしい。
スピーカー 2
へー、でもさ、なんかさ、普通の色だったらさ、足せば足すほど黒くなっちゃうよね。
あ、黒くしたところを足すってこと?
スピーカー 1
うん。
スピーカー 2
あ、そういうことね。なるほどね。
スピーカー 1
で、だから赤成分、青成分、緑成分をそれぞれ分けて撮影して。
スピーカー 2
うんうんうん。
スピーカー 1
っていう感じののができると。
で、これ今言った物理学者が関わってて、この物理学者がめちゃくちゃ重要な人なんだよね。
マクスウェルって。
スピーカー 2
うん。なんか聞いたことある。
スピーカー 1
聞いたことある?どこで聞いたことあるんだろう?
スピーカー 2
わかんない。マクスウェル法定式みたいなの言わない?
スピーカー 1
おー、そうそうそうそう。今日マクスウェル法定式の話です。
スピーカー 2
おー。もうね、昔すぎてこういう名前しか覚えてないっていう。
まあ、そうなるよね。
実際のさ、前回のもそうだけどさ、電磁誘導とかもあんま覚えてないし、現象とかもあんま覚えてないよね。
スピーカー 1
うんうんうん。
スピーカー 2
マクスウェル法定式は何なのかもわかんないしな。
スピーカー 1
今日ね、法定式の中身ゴリゴリなのは、これをポッドキャストで伝えるのは不可能なので、無理なんですけど、もうほんとざっくりわかるマクスウェル。
はいはい。
で、前回までに電気って粒っぽいよねとか、ハラデーさんの話したんですけど、
まあ、なんかその辺ってもう実験事実しかないよね、まだ。理論がない、まだ。
それを理論にしていく、こういう数学者、物理学者みたいな人が現れるっていう感じ。
スピーカー 2
なるほどね。
スピーカー 1
それがこのマクスウェルって人ですね。
スピーカー 2
はい。
スピーカー 1
じゃあ最初に、この人1831年生まれ、1879年まで生きてた人なんですけど、スコットランドの理論物理学者ですね。
で、数学もすごい強い。
スピーカー 2
ハラデーさん、前回電気分解とかやってた人なんですけど、そんなに数学強くないらしいんですよ。
えー、強そうだけどね。
スピーカー 1
強そうなんだけど、とにかく実験がすごかった。
スピーカー 2
あ、その現象を捉えるみたいなのがすごかったのかな。
スピーカー 1
そう。で、直感的にすごい実験うまくいかせるとか、そういうのがハラデーさん得意で。
で、一方このマクスウェルさんは、数学がめちゃくちゃ才能あると。
で、その数式でいろんなものを記述するっていう、もう完全に理論家タイプなんですよ。
で、このマクスウェルさんの、ちょっと前の世代なんで、ハラデーさんは。
だから、そういういろんな実験事実っていうのは、論文とかで報告されていて、いろんなピースがあると。
それはどういう式で組み合わさってるのかっていうパズルを解く人はまだいなかったみたいな感じだよね。
ここで出てくるのが、ハラデーさんが言ってた場っていう概念。場所の場。
スピーカー 2
電場、磁場の。
スピーカー 1
そう、電場、磁場。
電場、磁場をどうにか数式で表現したいっていうのがこの人で。
で、結論だけ言うんだけど、当時の実験事実とかいろいろわかってるやつを、データはいっぱいあるんで、それをうまく説明する式っていうのをマクスウェルさんが考えてくるんだけど。
これ4つにまとめられると。
スピーカー 2
4つに。
スピーカー 1
しかも、電気とか磁力とかそういうのが同じような式で記述できるぞっていうのがすごいところだね。
スピーカー 2
それがマクスウェル方程式?
電波とジバーのルール
スピーカー 1
そう。
スピーカー 2
電気とか磁場についてのいろんなデータをまとめた4つの式。
スピーカー 1
理論なんだけど、4つの連立変微分方程式なんですけど、正確に言うと。
スピーカー 2
連立方程式ってなんだっけ?
スピーカー 1
だから方程式のペアみたいな感じですよね。
スピーカー 2
4ペアみたいな。
スピーカー 1
そうそう、4つの式。
スピーカー 2
変微分ね。変微分とかもやった気がするけど、大学の時忘れたわ。
スピーカー 1
その辺は今回は大丈夫です。
4つの式に電気と磁力の全てを詰め込んだなみたいな。
スピーカー 2
それ正しいの?
スピーカー 1
これは正しいです。
すごいんだよね。
だから電力とか磁力とかって予測できないもんだと思ってたんだけど、
この4つの式がルールブックみたいなもんで、これに沿って、
例えばここにこの値入れたら、どんだけ電気流したらどんだけ磁場が出るかなとか、
そういう計算ができるようになってくるんですね。
スピーカー 2
ちなみにそれが正しいっていうのはどういう風に証明されるんだ?
それはいろんな実験をしたら全部これ当てはまるから、
これ正しいねみたいな感じになるものなのかな?
スピーカー 1
そうだね。あとは当時も証明されている式と式を組み合わせてとか。
スピーカー 2
証明されている式とかもあったんだじゃん、そもそも。
電気だけの式とか、そういうのはあったっぽいね。
スピーカー 1
でも世の中的にというか、ニュートンの時もそうだったけど、
ニュートンは目の前でボールを投げるっていう動きと、
惑星が動くっていうのが同じ式で技術できるっていうのをやった人じゃん。
だからそれの電気磁力バージョン。
で、実験事実とぴったり一致するぞっていうのが分かって、
正しいって証明されるのはその後の時代とかに検証されたりとか、
もっと他のデータ集まったりとかしていかないと分かんないわけで。
できた時はこれはすごいぞってなったと。
スピーカー 2
なるほどね。
スピーカー 1
4つの式って言ったんだけど、4つの法則みたいな感じで、
ちょっと言葉にしてざっくり言いたいんだけど。
で、登場人物はさっきから言ってる電波と磁波ですね。
電波っていうのはプラスの電荷があったら、そっから泉みたいに湧き出てくるみたいなイメージ。
で、マイナスは逆に吸い込んでいくみたいな。
そういう力の矢印があるっていうイメージ。
で、ジバーもN極から出てS極に戻るっていう力の矢印みたいな。
この2つがどういうルールで動くんですかっていう視点ですね。
で、最初は電波はどこから生まれるんですかっていう。
これは今言ったプラスがあると、そこから四方八方に電波っていう力の矢印が出てきて、
マイナスはそれの吸い込み口になってますよ。
っていう動きを電波はするでしょうっていう。
で、何もない場所からは電波そういうのがいきなり出てくることはないですよっていうのが1つ目の鉄則。
で、2つ目。逆にジバーは発生源がないっていうルール。わかる?
スピーカー 2
発生源がない。プラスだったりマイナスだったりがないってことだよね。
スピーカー 1
でもN極S極はあるけど、それすらも発生源ではないっていうこと。
例えばN極とS極に分かれてる棒磁石があったとして、
じゃあそれを半分にしたらNだけの磁石できるかって言ったらそうじゃない?
S側はS極になっちゃう。
どんなに分割しても絶対SとNはペアなの。
っていう意味ではループ状になってると。
Nから出てSに戻るっていうループの力の流れですよっていうのがジバー。
だから電波とは結構違いますよね。
スピーカー 2
そうだね。電波ってさ、ごめんちょっとまたちょっと飛び行くからは遠ざかっちゃうかもしれないんだけどさ、
電子があったとした時にさ、その電子の周りにも電波があるの?
電子自体じゃなくて?
スピーカー 1
電子の周りに電波はある。
スピーカー 2
電子の周りの空間にもあるんだ。
スピーカー 1
空間。というかね、たぶん今ちょっと粒っていう言い方をしてるじゃん。電気とか原子とか。
でも電子とかって単純な粒なんですかって言ったらそうじゃないっていうのが後々分かってたりするんだけど、
今はそれはいいかなって思って。
スピーカー 2
なるほどね。
今のイメージは電子っていう粒があって、その周りにオーラみたいのがあって、そういう影響を及ぼすフィールドがありますよっていう。
スピーカー 1
そういう考え方で正しいです。
で、そのフィールドに入っちゃうと他のマイナスとかは引き付けられるよっていうエリアがあるわけじゃん。
フィールドなんで。
スピーカー 2
フィールド。
スピーカー 1
エレクトリックフィールドなんで、電波は。っていう説明で大丈夫?
うん、大丈夫です。
で、今電気は発生源がある。
第二は磁石は発生源ない。
で、第三は磁石を動かすと電気が生まれるっていう。
スピーカー 2
うんうんうん。
電磁波の理論
スピーカー 2
これは前回。
それはね、さっきのやつ、前回のやつを数式化したってことなんだね。
スピーカー 1
そうそうそう。これを式にしてる。今ね、全部言葉で言ってるけどね。
うん。
で、これは時間とともに変化する磁場、磁力の場は電波の渦を発生させるっていう感じなんだけど。
スピーカー 2
時間もかかってくるんだ。
スピーカー 1
まあね、もちろんその物を動かすっていうのは。
スピーカー 2
そうだね。
スピーカー 1
その時間で動かってる。で、電波の渦って言ってるんだよね。
うん、渦。
最初に言ってた発生源とかじゃない、渦。
スピーカー 2
電波の渦って何?
スピーカー 1
電波の渦っていうのは。
スピーカー 2
電波のマイナスのフィールドとかがくるくるくるくるしてるってこと?
スピーカー 1
フィールドがくるくるするっていうか、磁場がさ、渦じゃん。
スピーカー 2
うんうん、磁場はなんかね、くるくるしてるね。
スピーカー 1
うん。で、磁場を動かすと、そこの近くにある電波はそれを打ち消すように逆向きに渦ができるみたいなそういうイメージ。
スピーカー 2
うーん、あれなんかそれ高校とかでやったっけ?
スピーカー 1
やってるんじゃないかな。
スピーカー 2
なんかそんな感じの、打ち消すみたいなワードがあった気がしなくもない。
スピーカー 1
まあ、要はその電気の流れがこうできて、まあ要はそれが電流になるんですけど。
うん。
で、これが電磁誘導ってことですよね。
スピーカー 2
はい。
スピーカー 1
だから電磁誘導を説明するっていう式なんよね。
スピーカー 2
はいはいはいはい。
スピーカー 1
で、4つ目は、この逆、電流を変化させて、まあこう電波を変えると、磁場の渦が発生すると。
スピーカー 2
うーん。
スピーカー 1
だからもう逆向きですよね。
スピーカー 2
はい。
スピーカー 1
今言ったさ、第3法則、第4法則ってさ。
うん。
磁場が変化すると電波がこう動きます。
光の速さの発見
スピーカー 1
うん。
で、電波が動くと磁場が動きます。
うん。
スピーカー 2
これなんか思わない?
関連してる。
スピーカー 1
いや、そうなんだけど。
関連してるんだけど。
うん。
いや、もう。
違う違う違う。
もう頭張ったれてないじゃん。
スピーカー 2
関連してるやつだよ。
スピーカー 1
想像して?想像して?
え?
じゃ、磁石とさ、電気が流れてるとこがあったとして、磁石をピッて動かす。
電気がピッて動く。
その電気に磁石がまたピッて動く。
スピーカー 2
うーん。
ってなったら?
なんか永遠に繋がってるみたいな?
スピーカー 1
そう。
うん。
これ永久機関みたいになるじゃないですか。
スピーカー 2
そうだね。
スピーカー 1
もうずっと無限に連鎖しちゃうじゃんみたいな。
うん。
だけど、実際はそうならないわけじゃん。
スピーカー 2
うんうんうん。
スピーカー 1
これ無限に連鎖するわけじゃなくて、
うん。
じゃ、例えば電波が動きます。
磁場の渦がグルンってできます。
うん。
で、そのグルンってやつに反応して、また隣の電波の渦がグルンって生まれます。
で、これグルングルングルンってなってるわけじゃん。
スピーカー 2
うん。
スピーカー 1
グルングルンなって空間を伝わってくのって波なんですよ。
これちょっと伝わるかな。
これ電磁波の正体なんですけど。
スピーカー 2
ほう、あんまり分かってないけど。
さっきさ、永遠に続かないって言ってたじゃん。
うん。
永遠に電波、磁波、電波、磁波、電波、磁波ってならないって言ってたのはどういうこと?
じゃあ、なるってこと?電磁波として波が広がっていくっていう現象はあるってこと?
スピーカー 1
電磁波って波としてエネルギーを空間に波みたいに広がっていくっていうものが電磁波なんですけど、
うん。
電気と磁力が互いに火を付け合って進むみたいなものね、その波は。
だから、ちょっとずつエネルギーとして放出されていってるわけですよ、波は。
なんで無限には続かない?
っていうのは分かる?
スピーカー 2
分かる分かる。
スピーカー 1
放出されていくものなんで。
スピーカー 2
結局その電波、磁波、電波、磁波って伝わってるやつは電磁波で、
少しずつエネルギーが減っていって、永遠に続くことはないですっていうことだよね。
そうそうそうそう。
スピーカー 1
無限にエネルギー源を供給し続ける。
例えば、一生電気と一生磁石を動かし続けるとか、そういうのやれば無限に発生するかもしれないけど、
電磁波って見えないわけじゃん。
だから、この時は予言なんだよね、マックスウェルの。
だから、そういう波みたいなやつが発生しないと、要は説明がつかないわけですよ、電気と磁波だけだと。
お互い影響し合う、ずっと続いちゃうじゃんって。
だけど、そういうダイザーの力みたいな、電気と磁力によって発生するこういう波みたいなのが放出されてるって考えると、全部通じつもが合う。
スピーカー 2
でもさ、よく波ってわかるよね。電磁波みたいな、なんか電気と磁波関係ある、何かがあるっていうのを言うだけじゃなくて、波っていうところまでもう行っちゃえてるのがすごいけどね。
スピーカー 1
まあ、そうだね。だけど、なんか一箇所の空間でさ、発生したものって波みたいに広がってくっていうのがあるじゃん。
水たまりにさ、水一滴落ちたら、そっから波紋が広がってくわけじゃん。
で、あれも水が水たまりにくっついて、水たまりに影響して、逆に落ちてきた水にも影響してっていうのが、反響して波として伝わっていってるみたいなイメージできるじゃん。
それと同じようなイメージだと思うんだよね。
電波と磁波は垂直方向の関係にあるわけですよ。縦と横。
縦と横がお互いに影響してるっていうのが、ずっと続いて繰り返されるっていうのは、要は波になるのわかる?
スピーカー 2
なりそう。
スピーカー 1
要はこの電磁波っていうものが予言されて、これの理論上の速度っていうものを出してみたと。
どんぐらいの速さなんだっていう、この電磁波っていうものは。っていうのが計算できる。
スピーカー 2
すごいね、そんなところまで。まだ観測とかもしてないのに、波だろうっていうふうに予測して、その速度まで測っちゃうんだね。
スピーカー 1
測っちゃうっていうか、計算?
スピーカー 2
ごめん、計算しちゃうんだね。
で、この速さが毎秒およそ30万キロメートルですっていう結果が出る。
それ正しいの?
スピーカー 1
これは後に正しいと分かるんですけど。
スピーカー 2
天才じゃん、マクスウェル。
スピーカー 1
で、これを毎秒30万キロメートルってどんぐらいの速さ?
スピーカー 2
わかんない。
スピーカー 1
わかんない?
スピーカー 2
ちなみにさ、光はどれくらいだっけ?
スピーカー 1
ほぼ答えですね、それ。
この当時知られてたのは、光の速さは毎秒約30万キロメートルですって言われてる。
スピーカー 2
光と一緒?
一緒。
電磁場は光ってことですか?
スピーカー 1
電磁場はこれ光なんじゃね?ってなる。
スピーカー 2
それはもう完全に計算結果から予測されるっていうだけで、それまでは全く電磁場、そもそも電磁場ってものが予言なわけじゃん。
だから電気と磁気ってそんなに光と関係あるって思われてなかった?
スピーカー 1
思われてない。
スピーカー 2
でもその計算結果を見て、あ、これ光じゃね?ってなったの?
電磁波の多様性
スピーカー 1
そう。当時の光の速さとぴったり一致してる。
スピーカー 2
それ見つけたらなんか興奮するだろうね。
スピーカー 1
これさ、なんか世界の秘密を知ってしまった感ない?
あるあるある。
わかる?
スピーカー 2
今までのストーリーで聞いたら特にそう思うかも。
教科書とかでそういうもんですよって習ってたら、あ、そうなんだってなるけどさ。
これなんか全貌がわからないところから来てるわけじゃん。
ハロデさんとかから引き継いでね。
なんかちょっと地を感じた。
おおーってなった。
スピーカー 1
そう。だからここから言えることって、じゃあ電気と磁力が反応し合って生まれてる波は電磁波っていうもので、
しかも光の速さってことはこれ光ってこと?って。
ってことは太陽の光とか電気でパチってなる光とか、
ああいうのは全部電気と磁力の振動が伝わってる波なんじゃないってなる。
スピーカー 2
おおーそうなんだ。
スピーカー 1
光はだから電磁波の一種だろうっていう結論なんだよね、このマックスウェル。すごくない?
スピーカー 2
それ合ってるんだよね。
スピーカー 1
合ってますよ。
スピーカー 2
じゃあさ、私が布団で見た光とかもさ、あれ電磁波ってこと?
あれ電磁波ってことじゃん。
すべての光は電磁波だ。
スピーカー 1
そう。で電磁波ってさ、光だけじゃなくていっぱいあるよ。
例えばスマホから出てる電波とか。
スピーカー 2
あれ電波じゃないの?電磁波なの?
スピーカー 1
あれも電磁波の一種です。
電子レンジとかX線とかレントゲンとかも全部電磁波の一種なんです。
スピーカー 2
Wi-Fiは?
スピーカー 1
Wi-Fiももちろん。
スピーカー 2
でもそれ光じゃないよね。
電磁波っていうカテゴリーがでっかくあって、その中に光とかさ、電子レンジとかX線とかがあるってこと?
スピーカー 1
波の波長が違うっていう、よく言うじゃないですか。
全部波なんですよね。で見えるか見えないかっていうので、紫外線だったりX線だったり。
スピーカー 2
じゃあ波長が違うけどみんな速さは光の速さなの?Wi-FiとかX線とかも光の速さってこと?
スピーカー 1
Wi-Fiとか電子レンジ、見える光、X線、全部速さは一緒。
スピーカー 2
速さは関係ないんだ。
スピーカー 1
真空中で速さも一緒なんで。
スピーカー 2
確かに。波長が違っても確かに速さには関係なさそう。
スピーカー 1
波長とか、あと振動数とか、波の高さと波の頻度っていうのかな?
だからそこは違う。それでいろんなものになってる。
スピーカー 2
振動数は速さとはまた違うんだ。振動数は特定の時間あたりどれぐらい振動するかだよね。
波の速さってなんだ?
スピーカー 1
波の速さっていうのは通るものによって決まる。
振動数が変わると波長が変わるんですよね。
波の速さイコール振動数かける波長になるんで。
スピーカー 2
じゃあ波の速さはいつも一定なんだ。
スピーカー 1
波の速さは一定。何を通るかによってだけで変わる。水とか空気とかでは変わるけど。
スピーカー 2
波の速さは、でも波って結局電磁場だから、電磁場は常に速さは一定って言ってたじゃん。
光とかさっき電磁場が30なんちゃらメートルって言ってたけど、それは何を通った時の速さなの?
スピーカー 1
だからそれは真空中の速さ。
スピーカー 2
真空中の速さ?
スピーカー 1
それが水だったら0.75倍とか、ガラスだったら0.67倍になるとか、光の速度ね。
スピーカー 2
だからその倍出っていうけど、通るものの性質でだけ依存してるって感じですね。
スピーカー 1
でも確かに疑問っちゃ疑問になるよな。
電磁波の基礎
スピーカー 1
Wi-Fiとか見える光とか全然違うもんだけど、結局同じ電磁波っていうね。
スピーカー 2
全然違うもんだけど、なんで違うかっていうと、波長が違うっていうだけだけど、結局速さはいつも一定なんだね。
そう。
へーって感じ。
スピーカー 1
で、結局さ、高速が一番速いよっていう。
その理論に基づいてさ、今の物理学やられてる、アインシュタインこの後出てきますけど。
っていうね、これが一番最初。
結構難しいかなこれ。
スピーカー 2
難しいと思う。今までの話に比べたら、電磁誘導とかさ、あとは波とかさ、
波の速さイコール波長かける振動数っていうのをだいぶ忘れてた。
もう一回復習したらそういうことかってなりそうだけど、今はあんまり頭にしっかり入ってないというか、ちゃんと譜に落ちてない。
スピーカー 1
まあ、言葉でしか説明してないからっていうのもあるかもしれないけど、でも概念が伝わればいいと思ってたよ、俺結構。
なんで縦と横のやつが影響しちゃって波になるかは、指を横に動かしながら縦に動かしたらさ、波になるわけじゃん。奇跡が。
スピーカー 2
縦の動き横の動き同時に起きたら波になって、それが周りにエネルギーみたいに放出されてますっていうイメージだけ。
スピーカー 1
今回は大事なのは電気と磁力とあと光ですね。この3つが同じような数式で説明できますよっていう。そこだけまず分かってればOKというか。
スピーカー 2
それがマックス・ウェル方程式ね。
スピーカー 1
そう、そういうイメージ伝わったんじゃないかな、どうだろうな。
スピーカー 2
とりあえず関係ありそうってことは分かった。細かいところは分からんけどね。細かいところはやっぱり図が必要だからもう一回復習しようと思ったが。
スピーカー 1
細かいところってどこ?
スピーカー 2
もう一回電磁誘導を知りたいって思ったし、電波等は何かって知りたいと思ったし、さっきも言ったけど、速さイコール振動数かける波長っていうのはなんでだっけって思っちゃった。
波の概念と光の性質
スピーカー 1
じゃあ波についてちょっと説明すると、まず波の定義は周期的に何かが変化しながら空間を伝わるっていうのが波ね。
スピーカー 2
でも周期的にっていうのが振動数。同じ動きを繰り返す。で、1回の振動でどれだけ進むかが波長。
そう考えると。
スピーカー 1
そう、だから例えば波が1秒に10回振動するとするじゃん。
で、その1回の波っていうのが2メートル進むとかになってるったら、10かける2で20メートル進みますよね。
スピーカー 2
あーなるほどね、確かに確かに。あ、理解した。
スピーカー 1
理解した?
スピーカー 2
うん、非常にわかりやすい。
スピーカー 1
なんで光の場合だと、電磁波は全部この式に当てはめられるんで、光の速さは波長かける振動数と。
スピーカー 2
なるほどね。
スピーカー 1
なんだよねこれ、いい例えできそうだけどなこれ。自転車もそうじゃない?自転車もさ、1回越えたら進む距離がさ、決まってるじゃん。
スピーカー 2
決まってるね。
スピーカー 1
で、10回越えたら。
スピーカー 2
で、振動数が1秒あたり何回ペダルをクルクルできるか。
スピーカー 1
そうそうそうそう。
スピーカー 2
だから、ペダルクルクルできる数×1回のペダル漕ぐので進む距離をかけたら、1秒あたりどれくらい進むかってなるよね。
スピーカー 1
そうそうそう、それがわかりやすいんじゃない?
で、波長がでかいってことは、自転車の車輪がでかいみたいな感じだよね多分。
スピーカー 2
そしたら1回で漕ぐと進む距離が増えるんで、その分振動数は減る。漕ぐ回数は減って長い距離進む。
速さが一定だからね。
スピーカー 1
速さが一定なんで。っていう感じ?
スピーカー 2
なるほどね。じゃあ、Wi-FiもX線も光も全部同じ速さで進んでるけど、
このペダルの回数とか、あとは車輪のでかさが全然違う。だけど全部電磁場。
そう。
面白いね。
スピーカー 1
面白いよね、これ。で、その波長の違いとかで、物を温めるのに使ったりとか、情報を伝えるっていうのに使ったりとか、いろんな使い方ができるっていう。
当時はね、そんないろんな風に使えるとは思ってないだろうけど。
スピーカー 2
面白いね。車輪がちょっと大きさが違うだけで、いろんな用途に使える。
スピーカー 1
そうなんだよね。速度は定数って感じですね。
スピーカー 2
速度が一定なのも謎だけどな。
スピーカー 1
光の速度が一定っていうのは、もうマクスウェル方程式で定義されてるっていう。
スピーカー 2
なんか光は一定な感じするけど、それ以外のX線とかさ。
スピーカー 1
だって全部光の仲間だから。
スピーカー 2
それが面白くない。何で電磁場の速さが一緒なんだろうっていう。そういうもんだって思わなきゃいけないのかな、多分。
面白い。
スピーカー 1
まさにこれ相対性理論なんですけどね。
スピーカー 2
これ相対性理論なんですか?
スピーカー 1
マクスウェルはそこまで言ってないんだけど、後にアインシュタインがどんな観測者から見ても常に光の速度は一定ですよって。
さっき言った秒速30万キロメートル。
俺時速って言ってた?
スピーカー 2
わかんない。
スピーカー 1
時速って間違って言ってたらごめんなさい。秒速です。秒速30万キロメートル。
っていうのは変わんないですよっていうのは相対性理論。
スピーカー 2
不思議だね。
スピーカー 1
その話するとめっちゃあれなんだけどね。電車に乗ってる人が見る光の速度も一緒だし、外から電車見てる人もその光は30万キロメートル見れるっていうやつですけど。
これはまたちょっと今度話しますか。アインシュタイン出てくるときに話します。
お願いします。
という感じですね。ちょっと波伝わったかな?波だけに。
スピーカー 2
波だけに?どういうこと?
波は伝わってくもんだからね。
伝わってればいいですね。
スピーカー 1
上手いこと言ったと思ったんだけど無視された。
スピーカー 2
一瞬わかんなかった。
スピーカー 1
という感じですね。じゃあこれって今何の話してるかっていうと、まとめると電気と磁力で光みたいなのが出てきます。
光の正体もちょっと分かって、マクスウェルが光の正体みたいな話をしたのが何で大事なのかっていうと、光とか電磁波とか全部のものって空間を伝わっていくわけよね。
原子で言ったら空間を伝わったりとかしていくものも原子で満たされてるわけじゃないですか。
スピーカー 2
その空間も原子で満たされてるってことだよね。
スピーカー 1
実際そうじゃないですか。
空気とかね。
原子論が本当にそうだってなったら、酸素とか水素とか見えないものも全部原子だしってなったら。
だけどこんな伝わってく波があるっていうことは、原子の中にこの波を伝えていく何かがないといけないんですよ。
わかる?振動しないといけない。
だけど今までの原子は粒ですっていう考え方だと、その粒自体が振動するのっていう疑問が出てくるのわかる?
ドルトンさんが言ったみたいに、それ以上分割できない粒ですだけ言ってたら、何かを伝えてくっていうのはわからん。
だから原子の中にもしかしたらそういう光を吸収したり放出したりとか、波を伝えてくっていう、何かそういうものが入ってんじゃないっていう発想がここで初めて出てくるわけです。
スピーカー 2
なるほどね。
スピーカー 1
おもろくない?
スピーカー 2
おもろい。
スピーカー 1
だから原子は最小単位じゃなかったんだよ、たぶんってなる。
スピーカー 2
そこに行くまでの過程も面白いよね。電波磁場の話をもともとしてたわけじゃん。
そこから光になって、あれじゃ光進むってことは原子にもそういう波の性質があるのかなみたいな。
スピーカー 1
そう。
スピーカー 2
おもしろいですね。
スピーカー 1
全部がつながってくるんですよね。
スピーカー 2
つながってくる。
スピーカー 1
電気の粒があるっていうやつも、じゃあ原子の中に何かそういう電気伝えるものがあるのかなってなってくるし。
スピーカー 2
そっかそっか。そこで電気に帰ってくるんだ。
スピーカー 1
そう、電気に帰ってくる。
スピーカー 2
世の中が分かり始めますね。
スピーカー 1
そう、だけど結局ね、まだ分からない。理論はできたけど、分からんねえって感じの世界ですね。
スピーカー 2
そうですね。
スピーカー 1
っていうところまでで、今回話したかったメインの話は以上なんですけど、
アインシュタインの影響
スピーカー 1
だからマックスウェルさんはこういう研究しながら最初に言ったカラー写真撮影するのとかやってたりとかね。
スピーカー 2
うんうんうん。
スピーカー 1
あとは結構若くして亡くなっちゃってるんですけど、
40何歳だっけな。
スピーカー 2
そう、それ思った一番初めに来たよね。
1830年ぐらいに、1870年ぐらいに。
スピーカー 1
そう、48歳ですね。の若さで。
亡くなってるけど、亡くなる6年前に電気と時期に関する論文っていうのを出してても、
これは電磁気学のバイブルと呼ばれてる。
スピーカー 2
いやー、ありがたいね。もしさ、それさ、見つかってなかったら誰か見つけてたんかな。
見つけてたのかもしれないけど。
でもさ、それがなかったらさ、ニュートンの相対性理論とかもなかったのかもって思ったら。
スピーカー 1
ま、アインシュタインね。
スピーカー 2
あ、そっか。ごめん。アインシュタインがニュートン前だった。
スピーカー 1
ニュートンはもっと前ですけど。
スピーカー 2
うん。つながってきますね。
スピーカー 1
そう。で、アインシュタインマジすごいっていうさ、イメージやん。世の中的に。
だけどアインシュタインもこのマクスウェルの式があったからできたって言ってるの。
スピーカー 2
うーん、そうだね。
スピーカー 1
アインシュタインって壁にファラデーとニュートンとマクスウェルの肖像を貼ってたらしい。
スピーカー 2
へー、そうなんだ。
スピーカー 1
で、特にマクスウェルはやっぱすごい、マクスウェルの式があったから偉大な発見できたみたいな感じで言ってたりもするみたい。
だからそれくらい影響を与えてる人ですね、このマクスウェルっていう人。
スピーカー 2
すごいね。今はさ、どっかの研究者とかがさ、その3人プラスアインシュタインの肖像を掲げてそうだけどね。
スピーカー 1
確かに。いや、てかもっといっぱいいるけどな、いろいろ貼りたい人ね。
スピーカー 2
そう。で、その人もまたこういう人たちの研究をもとに素晴らしい発表をして、いつか貼られる対象になるっていう。
スピーカー 1
あ、そうだね。
スピーカー 2
そうやって科学が進歩していくんだ。
スピーカー 1
でもさ、ニュートンとかなるとさ、もう結構アインシュタインからしてもさ、100年以上前の人だけど、
こっからは割と有名な研究者が同世代でめっちゃ議論しながら進んでいくっていうフェーズに入ってくる。
スピーカー 2
ちょっと待って、ちなみにさ、ニュートンとファラデーとマクスウェルはさ、イギリス人全員。
スピーカー 1
そうだね、全員イギリス人だね。
スピーカー 2
やっぱりイギリス偉大だわ。
スピーカー 1
イギリスはすごいですよね。
スピーカー 2
アインシュタインは?
スピーカー 1
アインシュタインはユダヤ人だから、ドイツ人ですよね、アインシュタインは。
スピーカー 2
なるほどね。
スピーカー 1
で、そっからナチスが大統領してきた時に逃げてアメリカに亡命して。
なるほど、なるほど。
古代からの科学の繋がり
スピーカー 1
で、アメリカ国籍取ってる。
スピーカー 2
だからいたよね、アインシュタインがさ、オッペンハイマーさんの映画にいたよね。
スピーカー 1
そうそうそう。
スピーカー 2
それはもう亡命した後なんだ、じゃあ。
スピーカー 1
で、こっからね、マジでオッペンハイマーの映画に出てくる人ばっかり出てくる。
スピーカー 2
あ、マジか。
スピーカー 1
ここから、次は違うかもしれないけど、ボーアさんとか、ハイゼンベルクさんとか、多分映画で名前出てきてると思うんだよ。
スピーカー 2
でさ、そのオッペンハイマーがさ、日本に原木を落としてさ、で、私たちの生活にも影響してるわけじゃないですか、もう繋がってくるね。
スピーカー 1
繋がってる。
スピーカー 2
何度も繋がってるって言ってるけど、めっちゃ今繋がり感じたわ。
スピーカー 1
いや、めちゃくちゃ繋がってるよ。
スピーカー 2
歴史は素晴らしい。
スピーカー 1
そう。でね、なんかこの話結構原爆とかの話に行きがちなんだけど、サイエントークは結構そのベースの科学の話にやっぱりフォーカスしたいなっていう気持ちはめっちゃありますね。
スピーカー 2
結果起きた歴史のイベントじゃなくて、その根底にある科学の話ですよね。
スピーカー 1
そうそう。そっから与えた社会のインパクトとかも、もちろんね、紹介はしたいと思うんだけど、っていうよりかは、もうちょっとちゃんとサイエンス面を見たいなっていうのもあるね。
スピーカー 2
そうだね。
あと繋がってる例として、キャベンディッシュ研究所っていうのが1874年に設立されるんですけど、キャベンディッシュさん、あのキャベンディッシュさん。
スピーカー 1
え、なんか変態の人だっけ?
まあ変態。自分に電気流したりしたり。
そうそう。
スピーカー 2
すごい昔にあったキャベンディッシュさんですね。
シーズン1の人でね。
スピーカー 1
シーズン1に出てきたっけな。ちょいちょい多分出てきてると思う。シーズン2でも。
そのキャベンディッシュ研究所っていうのがイギリスの、ケンブリッジにできるんですけど、その初代所長はマックスウェルさんなんですよ。
スピーカー 2
そこも繋がってる。
スピーカー 1
確かに。
キャベンディッシュさんは1731年なんで、もうちょっと前の人ですけど、このヘンリーキャベンディッシュ研究所は結構今後、ここからの原子の話の割と舞台にもなっていくところですね。
光の正体と科学の探求
スピーカー 1
あとあれだわ、ケンブリッジ大の実験物理学の初代の教授でもありますね、マックスウェルさん。歴史を感じるよね。
スピーカー 2
感じます。
スピーカー 1
はい、という感じで、今回かなり濃かったかもしれない。
スピーカー 2
濃かったけど、いい回だったじゃん。
スピーカー 1
マックスウェル法定式の話から光の正体っていう話。
そして原子は本当は最小単位じゃないかもっていうところに繋がっていくっていうところですね。
で、もう次回はさらにそこに実験的に切り込んでいくっていう人が出てきます。
スピーカー 2
これ聞いてさ、このトピックに興味を持って調べたいみたいな人絶対出てくると思うな。
スピーカー 1
ぜひね、調べてみてほしい。伝えきれないんで。
スピーカー 2
そうだよね、声だけだね、やっぱ。
スピーカー 1
無理だと声だけで数式読み上げても。
まずこの式のこの記号を何て読むみたいなやつがめっちゃたぶん調べたら出てくると思うんですけど、ご理解くださいっていうところです。
でも調べるきっかけになったらいいなっていう感じですね。
というわけで今回は以上になります。
スピーカー 2
ありがとうございました。
スピーカー 1
それでは皆さん。
スピーカー 2
ウルトラフォー。
36:21

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