光（電磁波）は、電気と磁場に分解できますか？

また、なぜこの2つで合成されていると分かっているのでしょうか？

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ベストアンサー

practicalscheme2015/10/26 08:34:11

電磁波を、部品をばらばらにするように電場だけと磁場だけに分解したり、逆にそれらから組み立てたりできるか、ということであればNOです。

磁場が変化すると電場が生じます。電場が変化すると磁場が生じます。磁場の変化→電場の変化→磁場の変化→電場の変化→…という具合に影響が伝わってゆくのが電磁波です。相互に絡み合って初めて存在できるわけです。ただ、数式上、電場の成分と磁場の成分を計算することはできますから、その意味で「分解」というならYESと言えるかもしれません。具体的な計算は、電磁気学の基本方程式であるマクスウェルの方程式を解けば出てきます。

スター
- 7件のコメントを見る
- j4mika 2015/10/27 00:45:16
  
  ありがとうございます。
  しっかり理解しているわけではありませんが、光スイッチの説明を聞きますと電界で光を屈折させたり位相をずらしたりしているようです。研究段階かもしれませんが一応実用化されているようですし計算上と言うよりも、現実として影響し合っているようにもみえるのです。
  
  スター
- practicalscheme 2015/10/27 02:12:16
  
  そりゃもちろん、「磁場の変化→電場の変化→…」なんですから、別の磁界や電界があれば伝わり方が変わるのは当然ですよ。他にも、「どのくらい磁場が変化した時にどのくらい電場が変化するか」という量はそこにある物質の透磁率や誘電率によって異なるので、経路にある物体によっても伝わり方が変わります。それぞれの影響は電界成分、磁界成分でわけて計算できますが、それを指して「分解」と言うなら、分解できます。
  
  ただし、電磁波の本質が電場と磁場の相互作用である以上、「電場だけの電磁波」「磁場だけの電磁波」というものは存在しない、ということです。
  
  スター
- j4mika 2015/10/27 02:59:55
  
  詳しい説明ありがとうございます！
  
  そうしますと、例えば高速で動く方位磁石があった場合、その近くを光が通過すると磁場が来る度に反応するのでしょうか？そして、少し運動エネルギーとして奪われ、光の明るさは失われると言うことでしょうか？逆に、適切なタイミングで磁石を近づければ光は明るさを増すのでしょうか？
  
  また、相互作用とのことですが、例えば、電場と磁場を別々に発生させてそれを何らかの方法で相互作用させ合成し電磁波を作るなどは出来ないのでしょうか？
  
  スター
- practicalscheme 2015/10/27 03:56:16
  
  電場や磁場は線形の重ね合わせになるだけなので、(電磁波の振動に比べて)静的な電場や磁場をかけたところで元の電磁波の向きが変わるわけではありません。元の電磁波と同じ周期で変化する磁場や電場があれば、波の重ね合わせにより強度や方向が変化し得ます。でも変化する磁場や電場はそれ自体が電磁波のもとになるので、要は光同士を干渉させてるってことになりますね。同じ周期の波を位相が合うように重ねれば明るくなりますし、180度ずらして重ねれば消えちゃいます。
  
  光の領域では入射光の振動に合うような信号を独立して作り出すのは難しいので、光スイッチは光の経路をいじって入射光自身と干渉させたり、あるいは制御光によって屈折率が変化するようなデバイスを通すことによって方向を制御していると思います。
  
  最後の質問ですが、電磁誘導の法則により、「変化する磁場」を発生させればそれが自動的に「変化する電場」を生んでしまいます。それで生まれた変化する電場はついで変化する磁場を生み…という具合に、合成するまでもなくどっちかがあれば勝手に電磁波になっちゃうんです。もちろん、その波に対して強め合ったり打ち消しあう別の波を合成してやることはできます。
  
  スター
- j4mika 2015/10/27 13:34:06
  
  非常に分かりやすい説明ありがとうございます。よく分かりました。また、後半の話しについてですが、確かに電磁誘導で簡単に発生していますね。そう言えば昔ワイヤレスマイクを作ったりラジオにノイズが入ったりして困っていました。また、日常生活ではスイッチング速度が遅すぎて可視光としては目に見えてないだけということでしょうかね？
  
  スター
- practicalscheme 2015/10/27 14:21:49
  
  放送や通信に使われる電磁波と可視光とでは周波数が5-8桁違いますから、同じ電磁波とはいえ物質との相互作用は大きく異なりますね。
  
  スター
- j4mika 2015/10/27 23:19:07
  
  とても詳しく教えて下さりありがとうございました！
  
  スター

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この質問へのコメント

miharaseihyou2015/10/24 21:14:19

物理学のその手の理論は実験結果がそうだからそうだろう・・・って言うのが多い。
相対性理論にしても厳密に証明されたわけではなく、そうでないという実験結果が今のところ無い・・ってだけ。
最新理論も実験の結果から「そうでなければ辻褄が合わない」っていうだけ。
演繹法による証明はあきらめて欲しい。
jan82015/10/24 21:33:14

質問のしかたって難しいですね。
様々な捉え方が出来るので、YESともNOとも言えます。
コスモピアニスト2016/01/19 11:00:03

可能なようです。
https://kaken.nii.ac.jp/d/p/21750210.ja.html
上記以外にもマイクロ波の電場と磁場を分離したうえでの実験の報告例はいろいろあります。
「マイクロ波　電場　磁場　分離」というキーワードで検索してみてください。
practicalscheme2016/01/19 11:19:35

おお、そんなことができるのですか! 反射と干渉を利用して、空間の特定の部位で一方をゼロにするという感じなんですかね。