【物理】光の反射・屈折、常識破る「横ずれ」も　産総研と東大【光のホール効果】

　物に光を当てると、当たった同じ場所から反射する光や屈折する光が出てくる、と考えられ
てきた常識が覆った。反射光も屈折光も光の入射位置から微妙に横へずれて出てくることを、
産業技術総合研究所（茨城県つくば市）と東京大のグループが突き止めた。ずれはごくわずかで、
レンズなど光学製品では無視できる範囲だが、将来の光通信の回路の設計などには影響を与えそうだ。

　光は電磁波の一種であると同時に、「スピン」と呼ばれる自転に似た性質を持つ光子でもある
ことがわかっている。

　産総研の永長直人・研究チーム長と小野田勝研究員、東大の村上修一助手は、この二重性の
効果を計算に入れて、幾何光学の基礎方程式を補正した。すると、空気と水のような屈折率の
異なる物質の境界面に光が入射する時、反射光や屈折光が進行方向に対して横へ、わずかに
ずれることがわかった。

　横ずれの距離は、光の波長や屈折率の違いによって異なるものの、波長程度のわずかなもの
（可視光なら１万分の数ミリ）だった。その一方で、「フォトニック結晶」と呼ばれる特殊な
素材では、条件次第で横ずれ距離が数十倍になることもグループは示しており、光通信の回路の
開発などで「ずれ」が利用できる可能性もある。

　従来の幾何光学では、二重性を無視して光を粒子的に扱い、レンズの設計などをしてきた。
７０年代にロシアの研究者が実験でずれを見つけたと発表したが、理論的には突き止められて
いなかった。

引用元
http://www.asahi.com/science/update/0908/003.html


産総研プレスリリースより
● ポイント
・光の偏光が光の伝播に影響し、誘電率の変化と垂直な方向にシフトすることを発見
・物理学の基本法則である光の反射・屈折の法則に新たな補正を与える
・フォトニック結晶を用いた制御理論により、光通信、量子コンピュータ分野における新たな技術に可能性をひらく
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2004/pr20040908/pr200400908.html

2。

結構すごい話だと思うんだけど、どうなのエロい人

それはグースヘンシェン効果で、１９４５年にわかってることじゃないの？

横ずれの次は斜め上の発見ですか？

>>4
今回は理論的に説明できたってことだろ

産総研GJ!!
光集約型半田溶接効率化かな?

何度読んでも解からない。
横ってどの方向なんだよ、なんでそこだけ専門用語を使わないんだ？
あと、ずれない素材探した方が転用しやすいと思うんだけど

横漏れしないほうがいいだろ

ロシアの研究者って、その頃はまだソビエトじゃなかった？

漏れも屈折してますが何か？

というか、なんで、
そういえば、俺って、実体より横に見えていたんだよね。そのせいだったのか。なっとく。
とかいう、人現れないね。
そんなことより、「産総研の永長直人」ってなんて読むの？
もしかして、ながながなおひとさんかな

俺のデジカメがイマイチピンボケになるのもこのせいか。

横って何を基準にして横よ

漏れの肛門も横ずれしそうです

と
そ
と
そ
も

・物理学の基本法則である光の反射・屈折の法則に新たな補正を与える

計算めんどくさくするなよボケ

これって結局悪い知らせなのか？

光物理学興味あるので誰か詳しく教えて。

ここで詳しく教えられるなら学術書はいらない

>>14
進行方向に対して、だろ。

>>10
ロシア・ソビエト社会主義共和国
白ロシア・ソビエト社会主義共和国
リトアニア・ソビエト社会主義共和国
ラトビア・ソビエト社会主義共和国
エストニア・ソビエト社会主義共和国
ウクライナ・ソビエト社会主義共和国
モルダビア・ソビエト社会主義共和国
アゼルバイジャン・ソビエト社会主義共和国
グルジア・ソビエト社会主義共和国
アルメニア・ソビエト社会主義共和国
カザフ・ソビエト社会主義共和国
キルギス・ソビエト社会主義共和国
トルクメン・ソビエト社会主義共和国
ウズベク・ソビエト社会主義共和国
タジク・ソビエト社会主義共和国

ロシアはソビエトの一部。

冬の富士見を、地表からの高さによる屈折率の変化を求めてから
3DCGで計算及び再現するのってどの位面倒？

で？スネルの法則に影響はないのか？

これは、結構、おもしろい。
論文、見たいなぁ

またトクラーか！

すいません、誰か
「なぜ屈折という現象が起こるのか」
を教えてくださいませんか？
「物質によって屈折率が違うから」
と言うのではなく、
「屈折率が違うと言うことはどういうことなのか」
「屈折率が違うとなぜ屈折するのか」
「屈折すると結果的に光が最短経路を通るのはなぜか」
こう言ったことがなぜおこるのかわかりません。

>>28
速さが違うからって先生は言ってた

>>27
「屈折すると結果的に光が最短経路を通るのはなぜか」

通らない、というのが今回導出された方程式によるところの予言。
通らないと言うか、光が当たった場所と違うところから放射されるらしい。

そもそも光は粒なのか波なのか

何か物理学の基本法則って大原則って感じでおいそれと
変わるもんではないと思ってたんだがそうでもないんだな。
この調子でいけば今は絵空事でも明日、一週間後、はたまた一年後には
現実になっとるかも知れんのだよな〜(´-`).。ｏＯ

>>27　こんな例えで教わった気がする


A県
●



-------------------------------県境



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　●
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　B県


上のようにA.B両県があり、A県側では時速50ｋm、B県側では時速40kmまでしか出せない｡
県境を越えてAからBまで行くにはどう行けば一番早く行けるか。
A,Bの●を直線で結んではいけない。
B県ではスピードが出せないので、できるだけB県は通りたくない。
県境で屈折して行くのが一番早く行ける。

A＝空気中、B＝水中として考える。
液体中では気体中よりも光の速度が遅くなる。自然は最短経路を知ってる、と。

このずれを使ってﾀｲﾑﾏｼ

こういうふうな考え方もある

光に太さがあると考える。レーザー光が水面に向かって直進するのを想像してくれ。
このときレーザーの水面側部分の光のほうが水面と反対側のほうが一瞬早く減速する。

これを車に置き換えて考える。
走行中の車の片側だけがパンクしたとする。片側だけが早く減速するために進行方向の向きが変わる。
車が車間距離ゼロでまったく同じ位置で連続してパンクしたとすると、車の流れは常に同じ位置で
同じ方向に変わることになる。

これが屈折。

よくわからんが例えば光の波長ほどの幅しかない物体に光が当たって反射したら
見かけ上は何もないところから反射してることのなるの？

光って常に動いてるの？止まることはないの？

見かけ上何も無いところから反射することはありえない。

反射することと見えることは同義語だから。
（反射しないならば見えないし、見えるのなら反射している。逆もまた然り。）

↑ちょっと分からないか。

見えているものは反射光が出ている場所には間違いないから、
あえていうなら、見えてる位置に入射光が来ているとは限らない（見えているものがその位置にあるとは限らない）
と言ったところか

>>28
「屈折率＝物質の中での光の速度違い」ってのは知ってます。
速さが違うとなぜ屈折するのかわからないんです。

>>29
微視的にはそうでしょうけど…。

>>32
なぜ自然は最短経路を知ってるのでしょうか？
それがわからないんです。
と言うか、あなたが教わったその説明は、ごまかしですよね。

>>34
一番わかりやすいです。
で、それは物理学的に正しい考え方なんでしょうか？
それを他の人に説明するときに使っても大丈夫ですか？

また質問しますが、このことの影響でレンズに新たな収差が出てくることになるのでしょうか
屈折でも波長の幅ほどのずれがでてくるのなら出てきそうな気がするのですが
自分はレンズ関係の研究してるのでテーマとしては面白いのですがそんな影響でたらやっかいなことになってしまうので

>>36
ttp://sc-smn.jst.go.jp/
↑ここ行って、「量子光学」で検索するといいよ

光が屈折する原因は物質中での光の速度の違いが原因です。
光を粒子の波とすると大きさは０ではありません。
異なる物質の境界を斜めに粒子が通過するときに
粒子の右と左で進行速度が変わります。
遅い方向に粒子は曲がっていきます。
波の波長による屈折率の違いもこれで説明できます。









のような気がする。

サラサーティ使えばいいじゃない？

光が最短経路を通る、てのは最小作用の原理の特殊ケースに過ぎないだろ

>>42
おいらも高校のときそれで習った。
もっとアカデミックな表現方法はあるのかな？

>>44
最小作用の原理の“特殊”ケースってどういうこと？
作用が極値を取っても最短経路でない場合がありうるってこと？

oおいおい、最近日本発の
新発見多くねーか

＞反射光や屈折光が進行方向に対して横へ、わずかにずれることがわかった。
横って、直角方向のことね。　スピンがあるので転がるのだ、と言ってみる。

Berry phaseとか言ってるね。もう素人にはわけわからん。

原理はわからなくても作用そのものは知られてる現象あるけど、
これも昔からレンズ職人は作用を打ち消すような光学設計をやってそうな稀ガス

つまり、（反射、屈折）角度自体は変わらない、と？

電子のスピンすら理解できないのに、光子のスピンだと！

つまり自然の光学迷彩か

そう言えば最近スピン食べてないな
食べるといつも、子供の頃に上野動物園で食べたときのこと思い出す

>>53
揚げてないのがスーパーなんかでたまに売ってるよ。
自分で揚げて塩かけて食べる。すごくふくれるからお得です。

電磁波は横波なので、どっちかの波の振幅の方向にずれるのかな。

これでワープエンジンができるな。

>>40
あなたは自然科学に向いていない

＞新たな収差が出てくる
すでに収差は発生している
しかしそれはレンズの精度からすると無視できるレベル

＞速さが違うとなぜ屈折するのかわからないんです。
高校物理でも勉強しなさい

私は物質によって光の速度が違うことの方が疑問だ

>>34
なら、全反射はどう説明するのだろうか？
ある角度より大きな角度で境界面に入射した光は
劇的に屈折と反射が入れ替わるが、
これは最短距離論では説明できないのでは？

>>58
全反射の起こる条件下の光路を正確に図に描いて、
「屈折光」がどの方向に「行くべき」か考えてみろ。

それで納得できなきゃお前の脳ミソはハナマルキだ。

真空中の光速　c=(ε_0μ_0)^(-1/2)
媒体中の光速　v=(εμ)^(-1/2)

>>60
俺にはさっぱり

とりあえずこれでも読んでみたらどうでつか。

光の物理―光はなぜ屈折、反射、散乱するのか
http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4130626051/

うっきょーーーーー！

多分、
光の粒子としての性質を考慮すると
近いとはいえ、理想的な弾性衝突ではないから
一波長分くらいポテンシャル壁を滑るってことじゃないの？
衝突したら、いくらかのエネルギーは摩擦熱になるだろ。
そのぶんの距離を滑るってことだろ。

>>64
まちがい。
あくまで反射、屈折のときの光子の角運動量を保存するために
入射した位置とは違う場所から屈折/反射がおこる。
詳しくは明日から開幕の日本物理学会(青森)で。

分からないことが、より分からなくなったことだけが、分かった。

>>4
グース・ヘンヒェンシフトは理論的にも実験的にも実証されてるよ。
これは入射面の方向に反射する点がずれるもの。
光が物質に若干浸透したところで反射することで生じる。

今回の報道は入射面に直角方向にずれるってのが重大なんだろうね。
Polarization、Photonのspin、hall effectっつー言葉から見て、
反射・屈折面でspinの変調が起こって、spin状態の変化（反転？）が波長程度の変位になって
現れるっつｰことを理論的に示したのかな？
波長程度っつーか、photonは整数スピンを持つから、波長の整数倍の変位なんかな？

スピンの方向(完全円偏光の場合は進行方向の正の向きと負の向きのいずれか)
によって、ずれの位置が逆になるのだろうか???
また、時間反転で不変になるだろうか? 逆方向に光が通ったときに
まったく軌跡が重なる?

#
従来、光学レンズや光学鏡を磨くとき、表面の幾何学精度は安物で
四分の１波長、程度の良いもので６分の一波長程度の精度を実現
しなければ、良い解像度が得られないことは常識だったが、今回の
ずれが波長の数分の一だとすると、これは無視できない量のはずだ。
ずれがスピンによるのだとすれば、偏光の具合によって結像が
狂って来ることにもなるし、いずれにせよ、この効果を考慮に入れて
レンズの表面や凹鏡面の理想形状を求めねばならなくなるのだろうか?

スピンしているから横にころがるがるのでしょ

>>65
そういうのって一般参加できるんか？
専門外というか部外者の漏れでもいけまつか？

グースヘッシェンシフトとどう違・・・ってもう書かれてた・・・・。

>>70
学会員になるのに資格は要りませんよ。
金を払えばどなたでもOK。

>>57
>>60
校則って一定じゃなかったのか？

>>71
日本物理学会って、現会員二人の推薦が要るんじゃ？
まあ見に行くだけならチェックなんてされないから簡単だろうが

>>72
光習ったときに教えて貰った光速（約30万km/s）には「真空中の」と但し書きが付いてなかったか？
媒質によって速度は変わるぞ。

>>73
そうなん？んじゃダメだな。

>>74
トンデモ会員を排除するために二人の推薦が必要だそうだ。

>>74
>光速
その通り、だから水中とかなら光速を超える粒子が実際に存在しうる。
その際発生する光がチェレンコフ光。

http://w6.gakkai-web.net/jps_search/05.html

15
フォトニック結晶における光のホール効果の増大
産総研CERC，東大工A　小野田勝，村上修一A，永長直人A

青森の学会の情報くだちい。

>>77
それじゃ検索にはかからん。
http://w6.gakkai-web.net/jps_search/search.html
ここから順々に探っていくがよかろう、>>78も。

光子にスピンなんてあるの？

今大学の先輩が青森に向かっている。

>>80
物理畑じゃないんで詳しくは知らないけれどあるよ。
量子数は1　ボソン

スピン1の粒子で、通常ならばある方向への角運動量の射影(z成分)が
+1、0、-1の三通りあるはずなんだが、いかなる静止座標系でも光速度で
運動していることから(静止している状態が観測できないので)
しかも進行方向が必ず量子化軸になって、+1、ー1の二種類のスピン状態
しかとれないんだと。

なんで物質によって速度が変わるんだ？
電気とかの影響受けないんじゃないの？

場は電界だけではないのですよ

>>85
詳しく

>>54
昨日作ってみた。
カレー粉とか粉チーズ振ったりとかもしてみた。
おいしかったよ。ありがとう。

基本的な質問ですまんが、光が反射するってどういうこと？
光→電子→自由電子→電子→光
こんな感じでしたっけ

>>87
どういたしまして〜。

agi

光も電磁波の一種だから表皮効果、あるいはエバネッセント波のように少し潜り込むんで
反射光が横ズレしたように見えるだけじゃないのか？

>>88
光は粒子であると共に波でもある。（この辺の説明は量子論）

光の反射、屈折を考えるときは粒子の方を忘れて、波の方の性質で考えれ。

反射も屈折も媒質どうしの境界面で波が広がっていく様子を思い浮かべてみよう。

>>91
エバネッセント波なら進行方向にずれるだけだろ？
いまは進行方向と直角にずれた位置から反射/屈折光がでるんだよ。

と言う結果が導かれる基本方程式をたてて、予言しているというわけ。
で、どうやらそれをかつて捕らえていたらしい実験があるそうな。

素人考えですが、反射面に油が付着していたのではないでしょうか？
私もよく工場の床でツルツル滑ってしまいますのでそう思いました。
転ぶと本当に痛い！尻も痛いですが頭を工具箱に打ちつけたときなど
本当に、目から光が出てしまい(これも一種の光電効果ですか)、その夜は
一晩中眠れぬほどです。それはそうと、最近は娘もすっかり女らしくなり

>>57
確か光の速度が変わる理由は
たしか経路上の原子なんかに当たって一度吸収され
そのあと同じ波長で放射されるて事をしながら進んでいるから
真空より速度が落ちるって理由を物理板辺りで見た記憶があるんだけど

>>95
それは違う。それだと長い波長の光は原子を励起しないから速度が変わらないことになる。
光は電磁波。電界の方向と磁界の方向と進行方向がそれぞれ直角になっている。
物質は原子核の周りに電子が分布している原子から構成されている。この電子や原子核の電荷が
光の電界に影響を及ぼす(光の電界成分が分極を作る)ために速度が変わる。
この分極の作りやすさと誘電率εが関係する。光速はc=(με)^(-1/2)。