科学と人間生活　第11回：光の性質と電磁波の利用 〜空の青さから通信技術まで、世界を彩る「波」の正体〜

皆さん、こんにちは。全15回にわたってお届けしている「科学と人間生活」の第11回の講義へようこそ。

前回はエネルギーの変換と保存、そして私たちがどのようにエネルギーを有効利用しているかについて学びました。今回は、太陽から地球へ膨大なエネルギーを届けている主役であり、私たちが「ものを見る」ために絶対に欠かせない存在、「光」とその仲間である「電磁波」の世界へと足を踏み入れていきます。

私たちの毎日は光にあふれています。朝起きて太陽の光を浴び、日中は青空を見上げ、夜になれば部屋の照明をつけます。また、スマートフォンで離れた友人と連絡を取り合い、電子レンジでお弁当を温め、テレビのリモコンを操作します。実はこれらもすべて、目に見えない光の仲間である「電磁波」の力を利用したものです。 空はなぜ青いのでしょうか？ 夕焼けはなぜ赤いのでしょうか？ シャボン玉の表面が虹色に輝くのはなぜでしょうか？ 今回は、物理学の視点から光の持つ多様な性質を解き明かし、その性質がいかにして現代のテクノロジーに応用されているのかをじっくりと学んでいきましょう。

1. 光の直進・反射・屈折と全反射

まず、光の最も基本的な性質から確認していきましょう。 光は、太陽や豆電球のような「光源（自ら発光する物体）」から出て、まっすぐに進みます。これを「光の直進性」と呼びます。雲の切れ間から差し込む光の筋（天使の梯子）がまっすぐな直線に見えるのも、レーザーポインターで遠くの一点を正確に指し示すことができるのも、この直進性のおかげです。ちなみに、光の速さは宇宙で最も速く、真空中では1秒間に約30万km（3.0×10の8乗 m/s）も進みます。これは1秒間で地球を7周半も回ってしまう猛烈なスピードです。