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2020年05月26日
俳優の錬金術 視覚visual system 56
俳優の錬金術 視覚visual system 56
光学Optics
光学の歴史History of optics 中世西欧In medieval Europe
ロバート・グロステストRobert Grosseteste 1175–1253）イギリス司教
中世大学発祥とアリストテレスの業績の回復の時期に幅広い科学的トピックについて著す
グロステストは中世初期のプラトン主義と新しいアリストテレス主義の間の移行期を反映し
多くの著作に数学とプラトン主義による光の比喩を用いる
彼は4つの異なる視点から光を議論:
光の認識論epistemology
光の形而上学metaphysics宇宙進化論cosmogony
光の病因学etiology物理学physics
光の神学theology
グロセステは認識論と神学はさておき
光の宇宙論では宇宙の起源 つまり中世のビッグバンbig bang理論theoryを説明
グロセステの聖書の解説biblical commentary Hexaemeron（1230 x 35）と
彼の光学著On Light（1235 x 40）は
創世記genesis1:3「光あれ 神は言われた」と その後の創造過程
閃光の自然物理プロセス 拡張expansionと縮小contraction を説明す
グロセステの 物理的因果関係の主要な動因としての光に関する一般的考察は
「自然な動因が自らその受信者にその力を伝える(On the Nature of Places)」とし
「すべての自然な行為は
線 角度 数字の差異により強弱が変化する(On Lines, Angles, and Figures )」と解く
イギリス.フランシスコ会 ロジャーベーコンRoger Bacon（1214–94AD）
光の重要性に関するグロセステの著作の影響を強く受け
彼の光学著『Perspectiva/De multiplicatione specierum/De speculis comburentibu』は
アルハイサムAlhacen アリストテレスAristotle アヴィセンナAvicenna アヴェロエスAverroes
ユークリッドEuclid アルキンデ−al-Kindi プトレマイオスPtolemy ティデウスTideus
アフリカのコンスタンティヌスConstantine 等の 光学および哲学翻訳作品を引用
彼は模倣者ではないが アルハセンAlhacenの著作から光と視覚の数学的分析を引用
更に グロセステの著よりネオプラトニックの概念である
”すべての物質は 種speciesを受け取るに適した身近な物質に作用する力/種species を放射する”
を追加
ベーコンの云う「種」の光学的使用は
アリストテレス哲学の云う生物分類学上のgenus/species属/種とは大きく異なることに注意が必要
ピーター・オブ・リモージュPeter of Limoges（1240–1306）
道徳的な論文『A Moral Treatise on the Eye/Tractatus Moralis de Oculoラテン語）』は
ベーコン の理論普及に貢献
ジョン.ペチャムJohn Pecham英国 フランシスコ会（1292年死去）
初期の研究者に基づき 光学を構築
中世の光学に関する教科書『Perspectiva communis』を作成
ペチャムは 光と色の性質より 視覚/私たちの物の見え方 に焦点を当て
アルハセンのモデルに従い それを ロジャー・ベーコンの方法で解釈している
ウィテロ Witelo（1230 – 1280 or 1314AD）
ギリシャとアラビア語からの広範な光学訳本を利用し
『視点/Perspectiva』主題を大規模に発表
ウィテロ の視覚理論はアルハセンに従いつつ ベーコンのアイデア(種speciesの概念は除く)に影響を受ける
又ペチャムやベーコンほどの影響力はなかったが 印刷の発明とともに関心は高まった
フライベルクのテオドリックTheodric of Freiberg（1250 -1310AD）は
西欧最初の 虹の現象に関する正確な科学的説明を提供
『On the Rainbow and the impressions created by irradiance, 1304-1311)』
と たのしい演劇の日々
光学Optics
光学の歴史History of optics 中世西欧In medieval Europe
ロバート・グロステストRobert Grosseteste 1175–1253）イギリス司教
中世大学発祥とアリストテレスの業績の回復の時期に幅広い科学的トピックについて著す
グロステストは中世初期のプラトン主義と新しいアリストテレス主義の間の移行期を反映し
多くの著作に数学とプラトン主義による光の比喩を用いる
彼は4つの異なる視点から光を議論:
光の認識論epistemology
光の形而上学metaphysics宇宙進化論cosmogony
光の病因学etiology物理学physics
光の神学theology
グロセステは認識論と神学はさておき
光の宇宙論では宇宙の起源 つまり中世のビッグバンbig bang理論theoryを説明
グロセステの聖書の解説biblical commentary Hexaemeron（1230 x 35）と
彼の光学著On Light（1235 x 40）は
創世記genesis1:3「光あれ 神は言われた」と その後の創造過程
閃光の自然物理プロセス 拡張expansionと縮小contraction を説明す
グロセステの 物理的因果関係の主要な動因としての光に関する一般的考察は
「自然な動因が自らその受信者にその力を伝える(On the Nature of Places)」とし
「すべての自然な行為は
線 角度 数字の差異により強弱が変化する(On Lines, Angles, and Figures )」と解く
イギリス.フランシスコ会 ロジャーベーコンRoger Bacon（1214–94AD）
光の重要性に関するグロセステの著作の影響を強く受け
彼の光学著『Perspectiva/De multiplicatione specierum/De speculis comburentibu』は
アルハイサムAlhacen アリストテレスAristotle アヴィセンナAvicenna アヴェロエスAverroes
ユークリッドEuclid アルキンデ−al-Kindi プトレマイオスPtolemy ティデウスTideus
アフリカのコンスタンティヌスConstantine 等の 光学および哲学翻訳作品を引用
彼は模倣者ではないが アルハセンAlhacenの著作から光と視覚の数学的分析を引用
更に グロセステの著よりネオプラトニックの概念である
”すべての物質は 種speciesを受け取るに適した身近な物質に作用する力/種species を放射する”
を追加
ベーコンの云う「種」の光学的使用は
アリストテレス哲学の云う生物分類学上のgenus/species属/種とは大きく異なることに注意が必要
ピーター・オブ・リモージュPeter of Limoges（1240–1306）
道徳的な論文『A Moral Treatise on the Eye/Tractatus Moralis de Oculoラテン語）』は
ベーコン の理論普及に貢献
ジョン.ペチャムJohn Pecham英国 フランシスコ会（1292年死去）
初期の研究者に基づき 光学を構築
中世の光学に関する教科書『Perspectiva communis』を作成
ペチャムは 光と色の性質より 視覚/私たちの物の見え方 に焦点を当て
アルハセンのモデルに従い それを ロジャー・ベーコンの方法で解釈している
ウィテロ Witelo（1230 – 1280 or 1314AD）
ギリシャとアラビア語からの広範な光学訳本を利用し
『視点/Perspectiva』主題を大規模に発表
ウィテロ の視覚理論はアルハセンに従いつつ ベーコンのアイデア(種speciesの概念は除く)に影響を受ける
又ペチャムやベーコンほどの影響力はなかったが 印刷の発明とともに関心は高まった
フライベルクのテオドリックTheodric of Freiberg（1250 -1310AD）は
西欧最初の 虹の現象に関する正確な科学的説明を提供
『On the Rainbow and the impressions created by irradiance, 1304-1311)』
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と たのしい演劇の日々
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2020年05月25日
俳優の錬金術 視覚visual system 55
俳優の錬金術 視覚visual system 55
光学Optics
アル.キンディー Al-Kindi801–873 AD）アラブ イスラム教徒 哲学 数学 医師 音楽家 博物学者
「世界のすべてが...あらゆる方向に光線raysを放出し それが世界全体the whole worldを埋める
(De radiis stellarum)」という理論を著す
この光線の能相力理論は後の学者 ブン.アルハイサムIbn al-Haythm ロバート.グロッセステスRobert Grosseteste ロジャー.ベーコンRoger Baconなどに影響を与える
イブン.サールIbn Sahl 980AD年代 バグダッド 数学 物理学
プトレマイオスの光学Ptolemy’s Opticsに関する解説をまとめた最初のイスラム教徒の学者
曲面鏡とレンズがどのように光を曲げ 集束するかに関係する論文
『Fīal-'ālaal-muḥriqa(984)/On the burning Instruments(1993）』 は
Roshdi Rashed(1936 -カイロ 数学.哲学.科学史) により断片的原稿から再構成された
イブン.サールは屈折の法則について スネルの法則Snell’s lawと数学的に 均しく説明する
彼は屈折の法則を使用し 軸上の1点に光を集めるレンズとミラーの形状を計算
スネルの法則Snell's law:
波動一般の屈折における 二つの媒質中の進行波の伝播速度と入射屈折角の関係を表す法則
イブン・アル.ハイサム Ḥasan Ibn al-Haytham965 – c. 1040) イラク「光学の父」 天文.数学.物理学
1010年頃 イブン.サールの論文とプトレマイオスの光学の部分的アラビア語翻訳を受け取る
彼はギリシャ光学理論の包括的かつ体系的な分析
イブンアルハイサムの主要な2つの成果
1、プトレマイオスの意見に反し 眼に入る光線が素で視覚は発生すると主張
2、かつて幾何光学研究者が示した 光線の物理的な性質：光線は光と色の形 を定義
次に 幾何光学の原理に従い これらの物理的な光線を分析
『 Book of Optics (Kitab al Manazirアラブ語(1011 -21)』は
ラテン語に翻訳され『Despectibus/Perspectiva』
西欧に伝わり その後の光学の発展に大きな影響を与えした
アヴィセンナ Avicenna (980-1037)イスラムが生み出した最高の知識人
彼は 視覚が 光源よりの粒子の放出によるものであるなら 光の速度は有限でなければならない
ことを観察 アル.ハンサム の”光の速度が有限である”に同意
ビールーニー Abū Rayhān al-Bīrūnī(973-1048 中央アジア 11世紀前半を彼の時代と評される）
も光の速度は有限であること 光の速度は音の速度よりもはるかに速いと論ず
アブ 'アブドアッラーム.ハンマド.イブン.マウズAbu 'Abd Allah Muhammad ibn Ma'udh 989 – 1079)
アンダルス(スペイン) は
「朝焼け 夕焼け時の太陽の俯角を 太陽光線の屈折の原因となる大気中の湿気 デ-タに基づき 計算
実験を通じ 18°の値を取得 この研究書は 後ラテン語に訳された
現代の 天文薄明/第一薄明 Astronomical twilight/dawn and dusk 12-18度
薄明トワイライトtwilight：
日の出のすぐ前 日の入りのすぐ後 空が薄明るい間 大気中の塵による光の散乱により発生
クトゥブ.アル.ディン.アル.シラジQutb al-Din al-Shirazi 1236〜1311.イラン.スーフィズム）と
彼の学生カマルアルダンアルフィリスKamāl al-Dīn al-Fārisī 1260〜1320イラン.イスラム教）は
イブン.アル.ハイサムの研究を続け 虹の現象について正しく説明
と たのしい演劇の日々
光学Optics
アル.キンディー Al-Kindi801–873 AD）アラブ イスラム教徒 哲学 数学 医師 音楽家 博物学者
「世界のすべてが...あらゆる方向に光線raysを放出し それが世界全体the whole worldを埋める
(De radiis stellarum)」という理論を著す
この光線の能相力理論は後の学者 ブン.アルハイサムIbn al-Haythm ロバート.グロッセステスRobert Grosseteste ロジャー.ベーコンRoger Baconなどに影響を与える
イブン.サールIbn Sahl 980AD年代 バグダッド 数学 物理学
プトレマイオスの光学Ptolemy’s Opticsに関する解説をまとめた最初のイスラム教徒の学者
曲面鏡とレンズがどのように光を曲げ 集束するかに関係する論文
『Fīal-'ālaal-muḥriqa(984)/On the burning Instruments(1993）』 は
Roshdi Rashed(1936 -カイロ 数学.哲学.科学史) により断片的原稿から再構成された
イブン.サールは屈折の法則について スネルの法則Snell’s lawと数学的に 均しく説明する
彼は屈折の法則を使用し 軸上の1点に光を集めるレンズとミラーの形状を計算
スネルの法則Snell's law:
波動一般の屈折における 二つの媒質中の進行波の伝播速度と入射屈折角の関係を表す法則
イブン・アル.ハイサム Ḥasan Ibn al-Haytham965 – c. 1040) イラク「光学の父」 天文.数学.物理学
1010年頃 イブン.サールの論文とプトレマイオスの光学の部分的アラビア語翻訳を受け取る
彼はギリシャ光学理論の包括的かつ体系的な分析
イブンアルハイサムの主要な2つの成果
1、プトレマイオスの意見に反し 眼に入る光線が素で視覚は発生すると主張
2、かつて幾何光学研究者が示した 光線の物理的な性質：光線は光と色の形 を定義
次に 幾何光学の原理に従い これらの物理的な光線を分析
『 Book of Optics (Kitab al Manazirアラブ語(1011 -21)』は
ラテン語に翻訳され『Despectibus/Perspectiva』
西欧に伝わり その後の光学の発展に大きな影響を与えした
アヴィセンナ Avicenna (980-1037)イスラムが生み出した最高の知識人
彼は 視覚が 光源よりの粒子の放出によるものであるなら 光の速度は有限でなければならない
ことを観察 アル.ハンサム の”光の速度が有限である”に同意
ビールーニー Abū Rayhān al-Bīrūnī(973-1048 中央アジア 11世紀前半を彼の時代と評される）
も光の速度は有限であること 光の速度は音の速度よりもはるかに速いと論ず
アブ 'アブドアッラーム.ハンマド.イブン.マウズAbu 'Abd Allah Muhammad ibn Ma'udh 989 – 1079)
アンダルス(スペイン) は
「朝焼け 夕焼け時の太陽の俯角を 太陽光線の屈折の原因となる大気中の湿気 デ-タに基づき 計算
実験を通じ 18°の値を取得 この研究書は 後ラテン語に訳された
現代の 天文薄明/第一薄明 Astronomical twilight/dawn and dusk 12-18度
薄明トワイライトtwilight：
日の出のすぐ前 日の入りのすぐ後 空が薄明るい間 大気中の塵による光の散乱により発生
クトゥブ.アル.ディン.アル.シラジQutb al-Din al-Shirazi 1236〜1311.イラン.スーフィズム）と
彼の学生カマルアルダンアルフィリスKamāl al-Dīn al-Fārisī 1260〜1320イラン.イスラム教）は
イブン.アル.ハイサムの研究を続け 虹の現象について正しく説明
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と たのしい演劇の日々
2020年05月24日
俳優の錬金術 視覚visual system 54
俳優の錬金術 視覚visual system 54
光学Optics
幾何光学Geometrical optics, or ray optics
光線rayから光の伝搬light propagatinを記述する光学モデル
特定の状況下で光線が伝搬する経路を概算するのに役立つ抽象概念abstraction
光学機器の設計に重要
初期の研究者たちは 視覚を 身体学 生理学 心理学の課題としてより 幾何学 として観る
ユークリッドEuclid(325–265 BC)は 一連の公理を用い幾何学の研究を始める と同時に
光学に着手する
1.物体に向け可視光線visual rayは直線で描くことができる
2.物体に当たる光線は円錐を成す
3.物体上に下がる光線が見られる
4. 物体は大きな角度で見たものは大きく見える
5.より高い位置よりの光線で見る物体はより高く見える
6.左右の光線は左右に現れる
7.いくつかの角度から見た物体はよりハッキリとする
ユークリッドはこれら視覚光線の理解に物理学を用いず
幾何学の原理より 遠近法[erspectiveによる現象を考察した
.ユークリッドの分析が直接現れる光線現象に限定したのに対し
アレクサンドリアのヘロンhero of alexandria(10–70AD)は
幾何光学の原理を拡張し反射reflectionを考慮(反射光学catoptrics）
ユークリッドとは異なり ヘロンは視覚光線の物理的性質につい
物体まで高速で進んだ光線は 滑らかな表面上で反射する
が粗い面上ではその隙間に閉じ込められる可能性がある ことを示す
(光線発射説emission theory:眼より光線を発する)
ヘロンは 入射角angle of incidenceと反射角reflectionが等しいこと
そしれこれが観察者から物体までの最短経路である ことを示した
これに基づき 平面鏡上の物体とその画像の間の固定関係を定義する
具体的には、物体は実際 鏡の前にあるのに 画像は鏡の後ろにあるように見える
ヘロンの光線発射説を支持するプトレマイオスClaudius Ptolemy 100 – 170AD)のOptics
(重大な欠陥のあるアラビア語バージョンのラテン語訳のみ）はヘロンとは異なり
連続した円錐を形成する視覚光線を描く
プトレマイオスは 屈折率の異なる光線
（屈折dioptrics:密度の異なる2つの媒質の界面interfaceを通して物体を見る）による
視覚visionについても研究
空気から水 空気からガラス 水からガラスを通して見たときの視覚の経路を測定
入射光線と屈折光線の関係を表す が(確証バイアスconfirmation bias:
認知心理学.社会心理学用語 仮説や信念を検証する際 それを支持する情報ばかりを集め
反証する情報を無視.集めようとしない傾向のこと )
と たのしい演劇の日々
光学Optics
幾何光学Geometrical optics, or ray optics
光線rayから光の伝搬light propagatinを記述する光学モデル
特定の状況下で光線が伝搬する経路を概算するのに役立つ抽象概念abstraction
光学機器の設計に重要
初期の研究者たちは 視覚を 身体学 生理学 心理学の課題としてより 幾何学 として観る
ユークリッドEuclid(325–265 BC)は 一連の公理を用い幾何学の研究を始める と同時に
光学に着手する
1.物体に向け可視光線visual rayは直線で描くことができる
2.物体に当たる光線は円錐を成す
3.物体上に下がる光線が見られる
4. 物体は大きな角度で見たものは大きく見える
5.より高い位置よりの光線で見る物体はより高く見える
6.左右の光線は左右に現れる
7.いくつかの角度から見た物体はよりハッキリとする
ユークリッドはこれら視覚光線の理解に物理学を用いず
幾何学の原理より 遠近法[erspectiveによる現象を考察した
.ユークリッドの分析が直接現れる光線現象に限定したのに対し
アレクサンドリアのヘロンhero of alexandria(10–70AD)は
幾何光学の原理を拡張し反射reflectionを考慮(反射光学catoptrics）
ユークリッドとは異なり ヘロンは視覚光線の物理的性質につい
物体まで高速で進んだ光線は 滑らかな表面上で反射する
が粗い面上ではその隙間に閉じ込められる可能性がある ことを示す
(光線発射説emission theory:眼より光線を発する)
ヘロンは 入射角angle of incidenceと反射角reflectionが等しいこと
そしれこれが観察者から物体までの最短経路である ことを示した
これに基づき 平面鏡上の物体とその画像の間の固定関係を定義する
具体的には、物体は実際 鏡の前にあるのに 画像は鏡の後ろにあるように見える
ヘロンの光線発射説を支持するプトレマイオスClaudius Ptolemy 100 – 170AD)のOptics
(重大な欠陥のあるアラビア語バージョンのラテン語訳のみ）はヘロンとは異なり
連続した円錐を形成する視覚光線を描く
プトレマイオスは 屈折率の異なる光線
（屈折dioptrics:密度の異なる2つの媒質の界面interfaceを通して物体を見る）による
視覚visionについても研究
空気から水 空気からガラス 水からガラスを通して見たときの視覚の経路を測定
入射光線と屈折光線の関係を表す が(確証バイアスconfirmation bias:
認知心理学.社会心理学用語 仮説や信念を検証する際 それを支持する情報ばかりを集め
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と たのしい演劇の日々
2020年05月23日
俳優の錬金術 視覚visual system 53
俳優の錬金術 視覚visual system 53
光学/Optics
古代インド紀元前6-5BCにかけ
サーンキヤSamkhya 学派 とヴァイシェーシカVaisheshika 学派 (六派哲学派)は
光に関する理論を発展
サーンキヤ Samkhyaによれば 光は5つの「五微細要素 」基本的な要素（Pañca Tanmātra ）の1つ
そこから五粗大元素Tattva / Mahābhūta が現れる
対照的にヴァイシェシカ学派は
9物質Dravya/substance:
地球pṛthvī /earth
水apas/water
火tejas/fire
空気vāyu/air
エーテルākaśa/ether
時間kāla/time
スペースdik/space
自己/魂ātman/self or soul 心manas/mind
エーテルākaśa 空間dik 時間kālaなどの非原子的基礎をして物理世界の原子理論を提供
基本的な原子atomは 地球prthivı/earth 水apas/water 火tejas/fire 空気vayu/airの原子であるが
これらの用語は現代物理学でのものと同意ではない
これらの原子はさらに結合してより大きな２成分より成る分子molecules を形成するために取得される
運動は物理的な原子の動きによって定義される
光線とは 高速の火tejas/fire原子atomと見なす
光の粒子particleは火tejas/fire速度と配置に応じ異なる特性を示す
約1BC ヴィシュヌプラーナVishnu Purana(プラーナ文献) は太陽光を「太陽の7つの光線」と示す
5BCエンペドクレスempedocles(494– 434BC)は
全ては4要素elements( 火fire空気air土earth水water)で構成されていると仮定
彼は アフロディーテaphroditeが人間の目を4要素から作り出し
その眼に閃光を灯し結果 視覚を得たと信じた
だが彼は これが真実であれば 昼間だけでなく夜間でも視覚可能な筈だ と
眼からの光線と太陽などの光源からの光線の間の相互作用を仮定した
彼は光は有限速度を持つと信じた
ギリシャの数学者ユークリッドは
「大きな角度で見た物体は大きく、小さな角度で見た物体は小さく、同じ角度で見た物体は同じように見える
(オプティカ Euclid's Optics300BC)」と観測定義した
続く36の命題(ユークリッドの 数学書『原論』 Euclid's Elements)では
物体の見かけのサイズを目からの距離に関連付け
さまざまな角度から見たときの円柱と円錐の見かけの形状を観測
アレキサンドリアのパップスpappus290 – 350AD) は
ユークリッドの光学opticsと 自身のフェノメナphaenomenaを
プトレマイオスClaudius Ptolemy 100 – 170AD) の『アルマゲストAlmagest 』 の前に研究するべしとした
55BCローマの原子論者ルクレティウスTitus Lucretius Carus 99 – 55 BC) は次のように書いている
“どんなに遠くからでも火fireは我々に光lightを投げ掛け 暖かい熱を吹き込むことができる
その隙間にも炎を失うことなく”
彼の『カトプトリカ鏡面catoprica/specular』 では
アレクサンドリアの英雄は幾何学的な方法で
平面鏡から反射された光線がたどる実際の経路が
光源と観測点の間に引かれる他の経路よりも短い ことを示した
クラウディウス.プトレマイオスClaudius Ptolemy 100 – 170AD) は
彼の『光学Ptolemy's Optics 2AD』で反射reflectionと屈折refractionの研究を示す
彼は空気air 水water ガラスglassの屈折角を測定
彼の公表された結果は
屈折角angle of refractionが入射角 angle of incidenceに比例するproportional という
彼の誤った仮説に合うよう 測定値を調整している(確証バイアスconfirmation bias:
認知心理学.社会心理学用語 仮説や信念を検証する際 それを支持する情報ばかりを集め
反証する情報を無視.集めようとしない傾向のこと )
5世紀の陳那 Dignāga480 – c. 540 AD) や7世紀法称 Dharmakirti 7th AD)
インドの仏教は 光エネルギーの閃光は 原子で構成される実体atomic entities である
と認識する原子論哲学を発展させた
仏教の原子論哲学では
光は原子実体atomic entityであ り それはエナジーであるとする
すべての物質all matterはこれらの光/エネルギー粒子light/energy particlesで構成されると見なす
それは現代量子光学の光子photonの概念と同様である
と たのしい演劇の日々
光学/Optics
古代インド紀元前6-5BCにかけ
サーンキヤSamkhya 学派 とヴァイシェーシカVaisheshika 学派 (六派哲学派)は
光に関する理論を発展
サーンキヤ Samkhyaによれば 光は5つの「五微細要素 」基本的な要素（Pañca Tanmātra ）の1つ
そこから五粗大元素Tattva / Mahābhūta が現れる
対照的にヴァイシェシカ学派は
9物質Dravya/substance:
地球pṛthvī /earth
水apas/water
火tejas/fire
空気vāyu/air
エーテルākaśa/ether
時間kāla/time
スペースdik/space
自己/魂ātman/self or soul 心manas/mind
エーテルākaśa 空間dik 時間kālaなどの非原子的基礎をして物理世界の原子理論を提供
基本的な原子atomは 地球prthivı/earth 水apas/water 火tejas/fire 空気vayu/airの原子であるが
これらの用語は現代物理学でのものと同意ではない
これらの原子はさらに結合してより大きな２成分より成る分子molecules を形成するために取得される
運動は物理的な原子の動きによって定義される
光線とは 高速の火tejas/fire原子atomと見なす
光の粒子particleは火tejas/fire速度と配置に応じ異なる特性を示す
約1BC ヴィシュヌプラーナVishnu Purana(プラーナ文献) は太陽光を「太陽の7つの光線」と示す
5BCエンペドクレスempedocles(494– 434BC)は
全ては4要素elements( 火fire空気air土earth水water)で構成されていると仮定
彼は アフロディーテaphroditeが人間の目を4要素から作り出し
その眼に閃光を灯し結果 視覚を得たと信じた
だが彼は これが真実であれば 昼間だけでなく夜間でも視覚可能な筈だ と
眼からの光線と太陽などの光源からの光線の間の相互作用を仮定した
彼は光は有限速度を持つと信じた
ギリシャの数学者ユークリッドは
「大きな角度で見た物体は大きく、小さな角度で見た物体は小さく、同じ角度で見た物体は同じように見える
(オプティカ Euclid's Optics300BC)」と観測定義した
続く36の命題(ユークリッドの 数学書『原論』 Euclid's Elements)では
物体の見かけのサイズを目からの距離に関連付け
さまざまな角度から見たときの円柱と円錐の見かけの形状を観測
アレキサンドリアのパップスpappus290 – 350AD) は
ユークリッドの光学opticsと 自身のフェノメナphaenomenaを
プトレマイオスClaudius Ptolemy 100 – 170AD) の『アルマゲストAlmagest 』 の前に研究するべしとした
55BCローマの原子論者ルクレティウスTitus Lucretius Carus 99 – 55 BC) は次のように書いている
“どんなに遠くからでも火fireは我々に光lightを投げ掛け 暖かい熱を吹き込むことができる
その隙間にも炎を失うことなく”
彼の『カトプトリカ鏡面catoprica/specular』 では
アレクサンドリアの英雄は幾何学的な方法で
平面鏡から反射された光線がたどる実際の経路が
光源と観測点の間に引かれる他の経路よりも短い ことを示した
クラウディウス.プトレマイオスClaudius Ptolemy 100 – 170AD) は
彼の『光学Ptolemy's Optics 2AD』で反射reflectionと屈折refractionの研究を示す
彼は空気air 水water ガラスglassの屈折角を測定
彼の公表された結果は
屈折角angle of refractionが入射角 angle of incidenceに比例するproportional という
彼の誤った仮説に合うよう 測定値を調整している(確証バイアスconfirmation bias:
認知心理学.社会心理学用語 仮説や信念を検証する際 それを支持する情報ばかりを集め
反証する情報を無視.集めようとしない傾向のこと )
5世紀の陳那 Dignāga480 – c. 540 AD) や7世紀法称 Dharmakirti 7th AD)
インドの仏教は 光エネルギーの閃光は 原子で構成される実体atomic entities である
と認識する原子論哲学を発展させた
仏教の原子論哲学では
光は原子実体atomic entityであ り それはエナジーであるとする
すべての物質all matterはこれらの光/エネルギー粒子light/energy particlesで構成されると見なす
それは現代量子光学の光子photonの概念と同様である
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と たのしい演劇の日々
2020年05月21日
俳優の錬金術 視覚visual system 52
俳優の錬金術 視覚visual system 52
光/可視光Light/visible light
光源 sources of light
所定の温度の物体は 黒体放射black-body radiationの特徴的スペクトルspectrumを放出
黒体black body完全放射体:
入射する電磁波electromagnetic wave の あらゆる波長wavelength を完全に吸収absorption
また熱放射thermal radiation できる想像上の物体
その性質は理想的なもので実在しないが 自然科学を理解する上で重要なモデル
単純な熱源は太陽光 波長単位で観るなら その彩層chromosphereから放出される 約6,000ケルビンkelvin（摂氏celsius5,730度、華氏fahrenheit10,340度)太陽光は電磁スペクトルの可視領域でピーク となり
地面に到達するその44％は可視される
白熱電球incandescent light bulbはエネルギーの約10％のみを可視光として 大半は赤外線infratedとして放出
. 一般的な熱光源thermal lightは 炎の中で輝く固体粒子solid particle
これらはのほとんども赤外線infratedを放射 可視光は僅か
黒体スペクトルのピークは 人間など比較的冷たい物体の場合
約10マイクロメートルμm 波長の遠赤外線deep infraredである
温度が上昇すると 頂点はより短い波長に 転じ 最初に赤い輝き 次に白い輝き
最後に頂点がスペクトルの可視光部分から紫ultravioletに移動して青白い色になる
これらの色は 金属が加熱され「赤熱red hot」または「白熱white hot」 と変化し確認できまる
青白blue-white色の熱放射thermal emissionは 星を除いてほとんど見られない
（ガス炎または溶接機のトーチに見られる純青色は 分子CHラジカルによるもの
（425 nm波長帯域の放射 星や純粋な熱放射では見られない）
原子は固有のエネルギーで光を放出吸収する
これにより各原子のスペクトルには「放出emission line」が生じる
放出emissionには
LED/light-emitting diode
ガス放電ランプ（ネオン管やネオンサイン 水銀灯mercury-vapor lampなど）
炎（高温ガス自体からの光 ソジウム ガスの炎は特徴的な黄色光を放つ）
のように自然発生する場合がある
またレーザー マイクロ波メーザーmaser/マイクロ波増幅 のように誘導放出stimulated emission する
電子electronなどの自由荷電粒子の減速は 可視放射線visible radiationする
サイクロトロン放射線cyclotron radiation
シンクロトロン放射線/放射光synchrotron radiation
制動放射bremsstrahlung radiation
媒質中の光の速度よりも速く媒質を移動する粒子は可視のチェレンコフ放射cherenkov radiationする
特定の化学物質は化学発光chemoluminescenceによ り可視光線を放つ
生物のこのプロセスは生物発光bioluminescenceである
より高エネルギーの放射線に照らされたときに光を生成物質は蛍光fluorescenceプロセスにより放射
より高エネルギーの放射線による励起後ゆっくりと発光するもの 燐光phosphorescence
燐光は それらに原子以下の粒子を衝突させることによって励起する
光の概念に非常に高エネルギーの光子（ガンマ線）を含める場合 生成メカニズムには次のものがある
粒子-反粒子消滅particle-antiparticle annihilation
放射性崩壊 radioactive decay
と たのしい演劇の日々
光/可視光Light/visible light
光源 sources of light
所定の温度の物体は 黒体放射black-body radiationの特徴的スペクトルspectrumを放出
黒体black body完全放射体:
入射する電磁波electromagnetic wave の あらゆる波長wavelength を完全に吸収absorption
また熱放射thermal radiation できる想像上の物体
その性質は理想的なもので実在しないが 自然科学を理解する上で重要なモデル
単純な熱源は太陽光 波長単位で観るなら その彩層chromosphereから放出される 約6,000ケルビンkelvin（摂氏celsius5,730度、華氏fahrenheit10,340度)太陽光は電磁スペクトルの可視領域でピーク となり
地面に到達するその44％は可視される
白熱電球incandescent light bulbはエネルギーの約10％のみを可視光として 大半は赤外線infratedとして放出
. 一般的な熱光源thermal lightは 炎の中で輝く固体粒子solid particle
これらはのほとんども赤外線infratedを放射 可視光は僅か
黒体スペクトルのピークは 人間など比較的冷たい物体の場合
約10マイクロメートルμm 波長の遠赤外線deep infraredである
温度が上昇すると 頂点はより短い波長に 転じ 最初に赤い輝き 次に白い輝き
最後に頂点がスペクトルの可視光部分から紫ultravioletに移動して青白い色になる
これらの色は 金属が加熱され「赤熱red hot」または「白熱white hot」 と変化し確認できまる
青白blue-white色の熱放射thermal emissionは 星を除いてほとんど見られない
（ガス炎または溶接機のトーチに見られる純青色は 分子CHラジカルによるもの
（425 nm波長帯域の放射 星や純粋な熱放射では見られない）
原子は固有のエネルギーで光を放出吸収する
これにより各原子のスペクトルには「放出emission line」が生じる
放出emissionには
LED/light-emitting diode
ガス放電ランプ（ネオン管やネオンサイン 水銀灯mercury-vapor lampなど）
炎（高温ガス自体からの光 ソジウム ガスの炎は特徴的な黄色光を放つ）
のように自然発生する場合がある
またレーザー マイクロ波メーザーmaser/マイクロ波増幅 のように誘導放出stimulated emission する
電子electronなどの自由荷電粒子の減速は 可視放射線visible radiationする
サイクロトロン放射線cyclotron radiation
シンクロトロン放射線/放射光synchrotron radiation
制動放射bremsstrahlung radiation
媒質中の光の速度よりも速く媒質を移動する粒子は可視のチェレンコフ放射cherenkov radiationする
特定の化学物質は化学発光chemoluminescenceによ り可視光線を放つ
生物のこのプロセスは生物発光bioluminescenceである
より高エネルギーの放射線に照らされたときに光を生成物質は蛍光fluorescenceプロセスにより放射
より高エネルギーの放射線による励起後ゆっくりと発光するもの 燐光phosphorescence
燐光は それらに原子以下の粒子を衝突させることによって励起する
光の概念に非常に高エネルギーの光子（ガンマ線）を含める場合 生成メカニズムには次のものがある
粒子-反粒子消滅particle-antiparticle annihilation
放射性崩壊 radioactive decay
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と たのしい演劇の日々
2020年05月20日
俳優の錬金術 視覚visual system 51
俳優の錬金術 視覚visual system 51
光/可視光Light/visible light
光速 speed of light
真空vacuum中の光の速度speed of lightは
正確に299,792,458 m / s(30万キロメートル毎秒) と定義する
すべての電磁放射は真空内で同じ速度で移動する
さまざまな物理学者が歴史を通じて光の速度を測定
ガリレオは、17世紀の光速を測定
Galileo Galilei1564 – 1642) イタリア 天文学 物理学 技術者 博学者polymath
「観測天文学の父」「現代物理学の父」「科学的方法の父」「現代科学の父」
1676年光の速度を測定する初期の実験は天文学者オーレ・レーマー OleRømerによって試行
Ole Christensen Rømer1644– 1710)デンマーク 天文学
レーマーは望遠鏡telescopeを使って木星jupiterとその衛星の1つであるイオioの動きを観察
イオの軌道周期の不一致に注目し 光が地球の軌道earth orbitの直径を横切るのに約22分かかると計算
レーマーが地球の軌道の直径を知っていたら(当時は未だ不明) 227,000,000 m / sの速度を計算しただろう
1849年アルマン・フィゾー Armand Fizeau は光速のより正確な測定を行う
アルマン・フィゾー Armand Fizeau 1819– 96) フランス 物理学
フィゾーは数キロ離れた鏡mirrorに光線beam of lightを向け
ビーム光を光源からミラーへ照射 ミラーに反射し光は光源へ戻る その経路に歯車cog wheelを配置
フィゾーは 特定の回転速度でビーム光が歯車の1つのギャップを通り抜け
途中で次のギャップを通過することを発見
鏡までの距離 歯車の歯の数 回転速度より 光の速度を313,000,000 m / sを算出
1862年レオン.フーコーは 回転鏡を用い298,000,000 m / sの値を計測
Jean Bernard Léon Foucault1819 – 1868) フランス 物理学
1877年から1931年 アルバートA.マイケルソンは光速測定の実験を実施
1926年にフーコーの回転ミラーを改良し
カリフォルニア.ウィルソン山からサンアントニオ山への往復にかかる光の時間を測定
正確な測定により299,796,000 m / sの速度計測
アルバート・エイブラハム・マイケルソン Albert Abraham Michelson 1852 – 1931) アメリカ 物理学
1907年光学に関する研究によってノーベル物理学賞を受賞
在来の物質ordinary matterを含む様々な自明な物質transparent substancesを通過する
光の 実効速度effective velocityは 真空中よりも低い 水中の光の速度は真空中の約3/4
元素ルビジウムrubidiumをボーズ・アインシュタイン凝縮体を通過させることにより
「完全な停止」した光をもたらす 実験
ただし この実験での「光の停止」とは
原子の励起状態に保存される次のレーザー光により刺激され再放出された光を指し
それが「止まった」間とは 光が消滅している
ルビジウムRbRubidium :原子番号37 の元素記号 Rb で表される元素
ボース＝アインシュタイン凝縮BEC Bose–Einstein condensation :
ある転移温度以下で巨視的な数のボース粒子Boson が
最低エネルギー状態に落ち込む相転移phase transition 現象
2001年のノーベル物理学賞BEC実現の実験的成果に対し授与
と たのしい演劇の日々
光/可視光Light/visible light
光速 speed of light
真空vacuum中の光の速度speed of lightは
正確に299,792,458 m / s(30万キロメートル毎秒) と定義する
すべての電磁放射は真空内で同じ速度で移動する
さまざまな物理学者が歴史を通じて光の速度を測定
ガリレオは、17世紀の光速を測定
Galileo Galilei1564 – 1642) イタリア 天文学 物理学 技術者 博学者polymath
「観測天文学の父」「現代物理学の父」「科学的方法の父」「現代科学の父」
1676年光の速度を測定する初期の実験は天文学者オーレ・レーマー OleRømerによって試行
Ole Christensen Rømer1644– 1710)デンマーク 天文学
レーマーは望遠鏡telescopeを使って木星jupiterとその衛星の1つであるイオioの動きを観察
イオの軌道周期の不一致に注目し 光が地球の軌道earth orbitの直径を横切るのに約22分かかると計算
レーマーが地球の軌道の直径を知っていたら(当時は未だ不明) 227,000,000 m / sの速度を計算しただろう
1849年アルマン・フィゾー Armand Fizeau は光速のより正確な測定を行う
アルマン・フィゾー Armand Fizeau 1819– 96) フランス 物理学
フィゾーは数キロ離れた鏡mirrorに光線beam of lightを向け
ビーム光を光源からミラーへ照射 ミラーに反射し光は光源へ戻る その経路に歯車cog wheelを配置
フィゾーは 特定の回転速度でビーム光が歯車の1つのギャップを通り抜け
途中で次のギャップを通過することを発見
鏡までの距離 歯車の歯の数 回転速度より 光の速度を313,000,000 m / sを算出
1862年レオン.フーコーは 回転鏡を用い298,000,000 m / sの値を計測
Jean Bernard Léon Foucault1819 – 1868) フランス 物理学
1877年から1931年 アルバートA.マイケルソンは光速測定の実験を実施
1926年にフーコーの回転ミラーを改良し
カリフォルニア.ウィルソン山からサンアントニオ山への往復にかかる光の時間を測定
正確な測定により299,796,000 m / sの速度計測
アルバート・エイブラハム・マイケルソン Albert Abraham Michelson 1852 – 1931) アメリカ 物理学
1907年光学に関する研究によってノーベル物理学賞を受賞
在来の物質ordinary matterを含む様々な自明な物質transparent substancesを通過する
光の 実効速度effective velocityは 真空中よりも低い 水中の光の速度は真空中の約3/4
元素ルビジウムrubidiumをボーズ・アインシュタイン凝縮体を通過させることにより
「完全な停止」した光をもたらす 実験
ただし この実験での「光の停止」とは
原子の励起状態に保存される次のレーザー光により刺激され再放出された光を指し
それが「止まった」間とは 光が消滅している
ルビジウムRbRubidium :原子番号37 の元素記号 Rb で表される元素
ボース＝アインシュタイン凝縮BEC Bose–Einstein condensation :
ある転移温度以下で巨視的な数のボース粒子Boson が
最低エネルギー状態に落ち込む相転移phase transition 現象
2001年のノーベル物理学賞BEC実現の実験的成果に対し授与
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と たのしい演劇の日々
2020年05月19日
俳優の錬金術 視覚visual system 50
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光/可視光Light/visible light
電磁波 EMR Electromagnetic radiation
電磁波EMRは波長により
電波radio wave
マイクロ波microwave、
赤外線infrared
可視光visible light
紫外線ultraviolet、
X線-ray
ガンマ線gamma ray と分類
周波数frequencyが高いhigherほど波長wavelengthが短くshorterなり 周波数が低いほど波長が長い
紫外線 周波数3x104 -800THz 波長 10-380nm 光子エネルギー 3.10 - 3.94 eV
可視光戦 周波数 800-400 波長 380-760 光子エネルギー 3 – 1.6
赤外線 周波数400-0.3 波長760-1x106乗 光子エネルギー 1.6 – 1 × 10-3乗
EMRが単一の原子atomおよび分子moleculeと相互作用する時
その動作はそれが運ぶ量子quantumあたりのエネルギー量に依存
可視光領域のEMRは 分子内で電子励起electronic excitationを引き起こすエネルギー下端にある量子/フォトンphotonで構成され 分子の結合または化学変化を導く
可視光スペクトルの上界760-830 nm 下界360-400 nm の域を上下超える波長は
不可視光線(人間の目には見えな) 赤外線 紫外線 その域の光子photonは
網膜内視覚細胞に電気刺激を誘引するに必要なエネルギーを欠く
可視光線の範囲を超える紫外線ultraviolet 360 nm未満は角膜corneaに
400 nm未満は内部レンズinternal lensに吸収され人間には見えなくなる
さらに 網膜retinaにある桿体rod cellと錐体cone cellは 360 nm未満の紫外線波長を検出できない
それどころか 紫外線によって眼は損傷する
レンズを必要としない昆虫やエビなどは 人間が可視光を検出するのと同じ化学方法(量子光子吸収メカニズムquantum photon-absorption mechanism)によって紫外線を検出する
人 の眼は1050 nmまでの赤外線を見ることは可能であるし
子供や若者は 約310〜313 nmまでの紫外線波長を知覚することができる
植物の成長は 光の色スペクトルに影響を受ける
光形態形成Photomorphogenesis 植物の光応答の一種
光により 植物の生長や分化などの形態を制御する
陸上植物では 光受容体の一種であるフィトクロム(色素タンパク質)を介するタイプ
赤色吸収 花芽形成や光発芽 避陰反応など
（紫外-）青色受容体を介するタイプ
胚軸の伸長抑制 子葉展開 子葉開閉 色素生合成など
と たのしい演劇の日々
光/可視光Light/visible light
電磁波 EMR Electromagnetic radiation
電磁波EMRは波長により
電波radio wave
マイクロ波microwave、
赤外線infrared
可視光visible light
紫外線ultraviolet、
X線-ray
ガンマ線gamma ray と分類
周波数frequencyが高いhigherほど波長wavelengthが短くshorterなり 周波数が低いほど波長が長い
紫外線 周波数3x104 -800THz 波長 10-380nm 光子エネルギー 3.10 - 3.94 eV
可視光戦 周波数 800-400 波長 380-760 光子エネルギー 3 – 1.6
赤外線 周波数400-0.3 波長760-1x106乗 光子エネルギー 1.6 – 1 × 10-3乗
EMRが単一の原子atomおよび分子moleculeと相互作用する時
その動作はそれが運ぶ量子quantumあたりのエネルギー量に依存
可視光領域のEMRは 分子内で電子励起electronic excitationを引き起こすエネルギー下端にある量子/フォトンphotonで構成され 分子の結合または化学変化を導く
可視光スペクトルの上界760-830 nm 下界360-400 nm の域を上下超える波長は
不可視光線(人間の目には見えな) 赤外線 紫外線 その域の光子photonは
網膜内視覚細胞に電気刺激を誘引するに必要なエネルギーを欠く
可視光線の範囲を超える紫外線ultraviolet 360 nm未満は角膜corneaに
400 nm未満は内部レンズinternal lensに吸収され人間には見えなくなる
さらに 網膜retinaにある桿体rod cellと錐体cone cellは 360 nm未満の紫外線波長を検出できない
それどころか 紫外線によって眼は損傷する
レンズを必要としない昆虫やエビなどは 人間が可視光を検出するのと同じ化学方法(量子光子吸収メカニズムquantum photon-absorption mechanism)によって紫外線を検出する
人 の眼は1050 nmまでの赤外線を見ることは可能であるし
子供や若者は 約310〜313 nmまでの紫外線波長を知覚することができる
植物の成長は 光の色スペクトルに影響を受ける
光形態形成Photomorphogenesis 植物の光応答の一種
光により 植物の生長や分化などの形態を制御する
陸上植物では 光受容体の一種であるフィトクロム(色素タンパク質)を介するタイプ
赤色吸収 花芽形成や光発芽 避陰反応など
（紫外-）青色受容体を介するタイプ
胚軸の伸長抑制 子葉展開 子葉開閉 色素生合成など
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と たのしい演劇の日々
2020年05月18日
俳優の錬金術 視覚visual system 49
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光/可視光Light/visible light
Quantum theory量子論
1900年 マックス.プランクは 黒体放射black-body radiation 解明を試みた 当時波動理論が主流
これらの波は周波数frequencyに関連する有限量finite amountでのみ エネルギーを 取得または失う と示す
プランクはこれらの光エネルギーの「塊」を「量子quanta(ラテン語「どれだけ」)」と名付ける
Max Karl Ernst Ludwig Planck1858 – 1947) ドイツ 理論物理学 「量子論の父」
1918年にノーベル物理学賞を受賞
1905年アルバート.アインシュタインは光量子の概念を使用して光電効果photoelectric effectを説明
“ 光量子light quantaは本当に存在するreal existence” 示す
Albert Einstein1879 – 1955) ドイツ 理論物理学
光電効果photoelectric effect:
物質に光を照射した際に 電子が放出されたり電流が流れたりする現象
論文『光の発生と変換に関する1つの発見的な見地について』内で導入した光量子仮説
1921年にノーベル物理学賞を受賞
1923年 アーサー.ホリー.コンプトンは 電子electronから散乱Compton scattering された
低強度X線の時見られる波長シフトは
X線の粒子理論では説明できるが 波動理論では説明できないことを示す
Arthur Holly Compton(1892 – 1962) 米 物理学
1923年に電磁放射線の粒子性を実証するコンプトン効果Compton effect を発見
1927年にノーベル物理学賞を受賞
コンプトン効果Compton effect ：
X線を物体に照射したとき 散乱X線の波長が入射X線の波長より長くなる現象
これは電子によるX線の非弾性散乱によって起こる現象で
X線（電磁波）が粒子性をもつ/光子として振る舞うことを示す
1926ギルバートN.ルイスはこれらの光量子粒子を光子photonと名付ける
Gilbert Newton Lewis1875 – 1946)[米 物理.化学
現代の量子力学理論quantum mechanicsは 光lightを 粒子particleであり波waveである と
また 粒子でも波でもない現象 とする
現代物理学physicsは 光を数学で説明 ある種巨視的象徴(粒子)と 別の巨視的象徴(波)だが
実際には想像できないもの とする
物理学者は 電磁波radio waveやコンプトン散乱compton scatteringに関するX線x-raysの場合と同様 電磁放射electromagnetic radiationは 低い周波数frequencyでは古典波classical waveのように振る舞い
高い周波数では古典粒子classical particleのように振る舞う しかし
どちらかの質を完全に失うことはない と確信している
光の周波数light frequencyの中間点を占める可視光visible lightは
波モデルまたは粒子モデルのいずれか あるいはその両方で 実験をもとに記述できる
2018年2月 量子コンピューター開発に役立つ ポラリトンpolaritoneを含む新しい形式の光 が発見された
ポラリトンpolaritons :
電磁波electromagnetic waveと電気electricまたは磁気双極子magnetic dipole運ぶ
励起excitation との強い結合から生じる準粒子boson quasiparticle その混合状態
磁気双極子magnetic dipole :磁気についての基本的な要素 正負の磁極の対なること
と たのしい演劇の日々
光/可視光Light/visible light
Quantum theory量子論
1900年 マックス.プランクは 黒体放射black-body radiation 解明を試みた 当時波動理論が主流
これらの波は周波数frequencyに関連する有限量finite amountでのみ エネルギーを 取得または失う と示す
プランクはこれらの光エネルギーの「塊」を「量子quanta(ラテン語「どれだけ」)」と名付ける
Max Karl Ernst Ludwig Planck1858 – 1947) ドイツ 理論物理学 「量子論の父」
1918年にノーベル物理学賞を受賞
1905年アルバート.アインシュタインは光量子の概念を使用して光電効果photoelectric effectを説明
“ 光量子light quantaは本当に存在するreal existence” 示す
Albert Einstein1879 – 1955) ドイツ 理論物理学
光電効果photoelectric effect:
物質に光を照射した際に 電子が放出されたり電流が流れたりする現象
論文『光の発生と変換に関する1つの発見的な見地について』内で導入した光量子仮説
1921年にノーベル物理学賞を受賞
1923年 アーサー.ホリー.コンプトンは 電子electronから散乱Compton scattering された
低強度X線の時見られる波長シフトは
X線の粒子理論では説明できるが 波動理論では説明できないことを示す
Arthur Holly Compton(1892 – 1962) 米 物理学
1923年に電磁放射線の粒子性を実証するコンプトン効果Compton effect を発見
1927年にノーベル物理学賞を受賞
コンプトン効果Compton effect ：
X線を物体に照射したとき 散乱X線の波長が入射X線の波長より長くなる現象
これは電子によるX線の非弾性散乱によって起こる現象で
X線（電磁波）が粒子性をもつ/光子として振る舞うことを示す
1926ギルバートN.ルイスはこれらの光量子粒子を光子photonと名付ける
Gilbert Newton Lewis1875 – 1946)[米 物理.化学
現代の量子力学理論quantum mechanicsは 光lightを 粒子particleであり波waveである と
また 粒子でも波でもない現象 とする
現代物理学physicsは 光を数学で説明 ある種巨視的象徴(粒子)と 別の巨視的象徴(波)だが
実際には想像できないもの とする
物理学者は 電磁波radio waveやコンプトン散乱compton scatteringに関するX線x-raysの場合と同様 電磁放射electromagnetic radiationは 低い周波数frequencyでは古典波classical waveのように振る舞い
高い周波数では古典粒子classical particleのように振る舞う しかし
どちらかの質を完全に失うことはない と確信している
光の周波数light frequencyの中間点を占める可視光visible lightは
波モデルまたは粒子モデルのいずれか あるいはその両方で 実験をもとに記述できる
2018年2月 量子コンピューター開発に役立つ ポラリトンpolaritoneを含む新しい形式の光 が発見された
ポラリトンpolaritons :
電磁波electromagnetic waveと電気electricまたは磁気双極子magnetic dipole運ぶ
励起excitation との強い結合から生じる準粒子boson quasiparticle その混合状態
磁気双極子magnetic dipole :磁気についての基本的な要素 正負の磁極の対なること
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と たのしい演劇の日々
2020年05月17日
俳優の錬金術 視覚visual system 48
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光/可視光Light/visible light
電磁波 Electromagnetic theory
1845年マイケル.ファラデーは
光線が透明な誘電体transparent dielectricの下で磁場magnetic field方向に沿って進むと
直線偏光linearly polarized lightの偏光面plane of polarizationが回転する
ことを発見(ファラデー回転 Faraday rotation )
1846年ファラデーは光が磁力線magnetic field lineに沿って伝播する何らかの形の妨害であるかもしれない
と推測
1847年ファラデーは 光は高周波の電磁振動high-frequency electromagnetic vibrationであり
エーテルetherなどの媒質なくとも伝播する と推測
マイケル・ファラデー Michael Faraday 1791 – 1867) 英 科学者
ファラデーの業績は
ジェームズ.クラーク.マックスウェルを電磁放射electromagnetic radiationと光lightの研究へ導く
マクスウェルは自己伝播self-progagating する電磁波electromagnetic waveが
一定の速度で宇宙を移動することを発見
これは以前に測定された光の速度speed of lightと偶然に同じであった
このことから、マクスウェルは
光lightは電磁放射electromagnetic radiationの一形態a formであると結論
『物理的な力の線on physical line of force(1862)』発表
マクスウェルの方程式Maxwell’s equation(電場と磁場の振る舞いの完全な数学的記述)
『電気磁気論 a treatise on electricity and magnetism(1873)』上にて発表
James Clerk Maxwell 1831 – 1879) スコットランド 理論物理学
1888年 ハインリッヒ.ヘルツは電波radio waveを生成generateして検出detect
これらの波が可視光とまったく同じように
反射reflection、屈折refraction、回折diffraction、干渉interferenceなどの特性を示す実験結果を得
マクスウェルの理論を確証
"我々の肉眼では見えない不思議な電磁波は確かに存在する"
ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツ Heinrich Rudolf Hertz 1857 – 1894) 独 物理学者
マクスウェルの理論Maxwell’s theoryとハーツの実験Hertz’s experiment は
現代のラジオ レーダー テレビ 電磁波イメージング ワイヤレス通信の開発を促す
量子論quantum theoryは
光子photonはマクスウェルの古典理論で説明される波束wave packetsとする
量子理論は マクスウェルの古典理論では説明できない可視光（スペクトル線spectral lineなど）
を説明するために必要となる
波束: wave packet：時間的・空間的なサイズが有限な波のこと
スペクトル線Spectral line ：物質の量子系と光子との相互作用の結果
他の領域では一様で連続な光スペクトル上に現れる暗線または輝線
狭い周波数領域における光子数が 隣接周波数帯に比べ少ない か 多いため に生じる
と たのしい演劇の日々
光/可視光Light/visible light
電磁波 Electromagnetic theory
1845年マイケル.ファラデーは
光線が透明な誘電体transparent dielectricの下で磁場magnetic field方向に沿って進むと
直線偏光linearly polarized lightの偏光面plane of polarizationが回転する
ことを発見(ファラデー回転 Faraday rotation )
1846年ファラデーは光が磁力線magnetic field lineに沿って伝播する何らかの形の妨害であるかもしれない
と推測
1847年ファラデーは 光は高周波の電磁振動high-frequency electromagnetic vibrationであり
エーテルetherなどの媒質なくとも伝播する と推測
マイケル・ファラデー Michael Faraday 1791 – 1867) 英 科学者
ファラデーの業績は
ジェームズ.クラーク.マックスウェルを電磁放射electromagnetic radiationと光lightの研究へ導く
マクスウェルは自己伝播self-progagating する電磁波electromagnetic waveが
一定の速度で宇宙を移動することを発見
これは以前に測定された光の速度speed of lightと偶然に同じであった
このことから、マクスウェルは
光lightは電磁放射electromagnetic radiationの一形態a formであると結論
『物理的な力の線on physical line of force(1862)』発表
マクスウェルの方程式Maxwell’s equation(電場と磁場の振る舞いの完全な数学的記述)
『電気磁気論 a treatise on electricity and magnetism(1873)』上にて発表
James Clerk Maxwell 1831 – 1879) スコットランド 理論物理学
1888年 ハインリッヒ.ヘルツは電波radio waveを生成generateして検出detect
これらの波が可視光とまったく同じように
反射reflection、屈折refraction、回折diffraction、干渉interferenceなどの特性を示す実験結果を得
マクスウェルの理論を確証
"我々の肉眼では見えない不思議な電磁波は確かに存在する"
ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツ Heinrich Rudolf Hertz 1857 – 1894) 独 物理学者
マクスウェルの理論Maxwell’s theoryとハーツの実験Hertz’s experiment は
現代のラジオ レーダー テレビ 電磁波イメージング ワイヤレス通信の開発を促す
量子論quantum theoryは
光子photonはマクスウェルの古典理論で説明される波束wave packetsとする
量子理論は マクスウェルの古典理論では説明できない可視光（スペクトル線spectral lineなど）
を説明するために必要となる
波束: wave packet：時間的・空間的なサイズが有限な波のこと
スペクトル線Spectral line ：物質の量子系と光子との相互作用の結果
他の領域では一様で連続な光スペクトル上に現れる暗線または輝線
狭い周波数領域における光子数が 隣接周波数帯に比べ少ない か 多いため に生じる
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と たのしい演劇の日々
2020年05月16日
俳優の錬金術 視覚visual system 47
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光/可視光Light/visible light
ロバート.フックRobert Hookeは 色の起源origin of colorを説明するため
「パルス理論pulse theory」を展開
著作『顕微鏡図譜 Micrographia「Observation IX(1665)』にて光の広がりを水の波の広がりと比較した
1672年 フックは
光の振動vibrationは伝播propagationの方向に対し垂直perpendicularになることを示唆
ロバート・フック Robert Hooke（1635–1703 英 自然哲学 建築 博物学者
Christiaan Huygensは1678年光の数学的波動理論/ホイヘンスの原理発見
『光についての論考 (1690)』発表
クリスティアーン・ホイヘンスChristiaan Huggens（1629–1695 オランダ 数.物理.天文学者
ホイヘンス＝フレネルの原理： 波動の伝播を解析する手法
ホイヘンスは 光は発光性エーテルluniniferous ether/媒質の中を 一連の波となり
すべての方向に放出されるとを提案
波は重力gravityの影響を受けないため
より密度の高い媒体中mediumに入ると速度が低下すると想定した
1800年頃 トーマス.ヤングThomas Young は
光の波が音波のように互いに干渉interfereすることを観測 /ヤングの実験
彼は回折実験diffraction experimentを行い光が波として振る舞うことを示した
彼はまた色別は3要素.赤緑青の刺激の比率に応じて生じる と提案
眼に備わる三色の受容体から色覚を説く
トーマス.ヤングThomas Young( 1773 – 1829) 英 博物学者
レオンハルド・オイラー Leonhard Eulerは『Nova theoria lucis et colorum(1746)』で
回折diffractionは波動理論wave theoryでより簡単に説明できると論じた
Leonhard Euler (1707 – 1783) スイス 数学.物理.天文.地理.論理学者.エンジニア
数学界の二大巨人の一人
1816年アンドレ.マリー.アンペールAndré-Marie Ampère は
オーギュスタン.ジャン.フレネル Augustin-Jean Fresnel に
光が横波transverse waveであれば 光の偏光polarizationは波動理論で説明できると示した
アンドレ＝マリ・アンペール André-Marie Ampère (1775 – 1836)仏 物理.数学者
フレネルFresnelは独自に光の波動理論を作成し 1817フランス年科学アカデミーに発表
1821年までにフレネルFresnelは 光が完全に横方向transverseであり
縦方向の振動longitudial vibrationがない場合にのみ
偏光polarizationは光の波動理論により説明できることを 数学的な方法で示した
フレネル回折:フレネルの計算法により導出できる回折現象
オーギュスタン・ジャン・フレネル Augustin-Jean Fresnel (1788 – 1827) 仏 土木技師 物理学者
波動理論の弱点は
音波sound waveのように光の波light waveも伝達のため媒体mediumを必要とすること
1678年にホイヘンスHuygensの信じた 媒質「発光性エーテルluminiferous ether」について
1887年マイケルソン.モーリーMichelson-Morley実験experimentは その存在を否定する結果となる
アルバート・エイブラハム・マイケルソンAlbert Abraham Michelson (1852 – 1931)米 物理学者
1907年 光学に関する研究によってノーベル物理学賞を受賞
エドワード・ウィリアムズ・モーリーEdward Williams Morley (1838 – 1923)米 物理学者
マイケルソン・モーリーの実験：
光速に対する地球の速さの比 (β = v/c) の二乗 β2 を検出することを目的とした実験
ニュートンの粒子理論particle theoryは 高密度媒質内で光はより速く移動することを示し
それは波動理論wave theoryと拮抗した
当時 光の速度speed of lightは 不明確で どちらの理論も裏付けできなかった
. 1862年のレオン.フーコーが 試行錯誤の末により確実な光の速度を観測
その結果は波動理論を支持
古典的な粒子理論は最終的に放棄されたが 20世紀 再び光が当たる
レオン・フーコー Jean Bernard Léon Foucault (1819 – 1868) 仏 物理学者
と たのしい演劇の日々
光/可視光Light/visible light
ロバート.フックRobert Hookeは 色の起源origin of colorを説明するため
「パルス理論pulse theory」を展開
著作『顕微鏡図譜 Micrographia「Observation IX(1665)』にて光の広がりを水の波の広がりと比較した
1672年 フックは
光の振動vibrationは伝播propagationの方向に対し垂直perpendicularになることを示唆
ロバート・フック Robert Hooke（1635–1703 英 自然哲学 建築 博物学者
Christiaan Huygensは1678年光の数学的波動理論/ホイヘンスの原理発見
『光についての論考 (1690)』発表
クリスティアーン・ホイヘンスChristiaan Huggens（1629–1695 オランダ 数.物理.天文学者
ホイヘンス＝フレネルの原理： 波動の伝播を解析する手法
ホイヘンスは 光は発光性エーテルluniniferous ether/媒質の中を 一連の波となり
すべての方向に放出されるとを提案
波は重力gravityの影響を受けないため
より密度の高い媒体中mediumに入ると速度が低下すると想定した
1800年頃 トーマス.ヤングThomas Young は
光の波が音波のように互いに干渉interfereすることを観測 /ヤングの実験
彼は回折実験diffraction experimentを行い光が波として振る舞うことを示した
彼はまた色別は3要素.赤緑青の刺激の比率に応じて生じる と提案
眼に備わる三色の受容体から色覚を説く
トーマス.ヤングThomas Young( 1773 – 1829) 英 博物学者
レオンハルド・オイラー Leonhard Eulerは『Nova theoria lucis et colorum(1746)』で
回折diffractionは波動理論wave theoryでより簡単に説明できると論じた
Leonhard Euler (1707 – 1783) スイス 数学.物理.天文.地理.論理学者.エンジニア
数学界の二大巨人の一人
1816年アンドレ.マリー.アンペールAndré-Marie Ampère は
オーギュスタン.ジャン.フレネル Augustin-Jean Fresnel に
光が横波transverse waveであれば 光の偏光polarizationは波動理論で説明できると示した
アンドレ＝マリ・アンペール André-Marie Ampère (1775 – 1836)仏 物理.数学者
フレネルFresnelは独自に光の波動理論を作成し 1817フランス年科学アカデミーに発表
1821年までにフレネルFresnelは 光が完全に横方向transverseであり
縦方向の振動longitudial vibrationがない場合にのみ
偏光polarizationは光の波動理論により説明できることを 数学的な方法で示した
フレネル回折:フレネルの計算法により導出できる回折現象
オーギュスタン・ジャン・フレネル Augustin-Jean Fresnel (1788 – 1827) 仏 土木技師 物理学者
波動理論の弱点は
音波sound waveのように光の波light waveも伝達のため媒体mediumを必要とすること
1678年にホイヘンスHuygensの信じた 媒質「発光性エーテルluminiferous ether」について
1887年マイケルソン.モーリーMichelson-Morley実験experimentは その存在を否定する結果となる
アルバート・エイブラハム・マイケルソンAlbert Abraham Michelson (1852 – 1931)米 物理学者
1907年 光学に関する研究によってノーベル物理学賞を受賞
エドワード・ウィリアムズ・モーリーEdward Williams Morley (1838 – 1923)米 物理学者
マイケルソン・モーリーの実験：
光速に対する地球の速さの比 (β = v/c) の二乗 β2 を検出することを目的とした実験
ニュートンの粒子理論particle theoryは 高密度媒質内で光はより速く移動することを示し
それは波動理論wave theoryと拮抗した
当時 光の速度speed of lightは 不明確で どちらの理論も裏付けできなかった
. 1862年のレオン.フーコーが 試行錯誤の末により確実な光の速度を観測
その結果は波動理論を支持
古典的な粒子理論は最終的に放棄されたが 20世紀 再び光が当たる
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