クエリ: 空が青く見える原因でもある、光の波長以下の大きさの粒子による散乱現象を、イギリスの物理学者の男爵名から何という?
文章: レイリー散乱 さらに、散乱断面積 σs は散乱強度の式を全立体角にわたって積分することで、下式によって求められる。この式から、波長の短い青色の光が波長の長い赤色の光よりも多く散乱されることが説明される。夕焼けや朝焼けは、太陽と観測者の間に大気の存在する距離が日中と比べて長くなり、青色光が観測者に届くまでに散乱され尽くし、散乱を受けにくい赤色光のみが観測者に届くことによって起こる。一方で、日中には波長が短い青が観測者の方に散乱されることにより、空全体が青く見える。光学計測にも用いられ、特徴としては、信号強度が分子数の密度に比例し、分光法より高強度であることが挙げられる。トレーサーとしては散乱断面積の大きい物質が用いられる。
文章: 箱の中の気体 またエネルギー分布 P E {\displaystyle P_{E}} において、 E {\displaystyle E} から E + d E {\displaystyle E+dE} のエネルギーを持つ粒子の割合は、箱の中の粒子(と自由粒子)において、エネルギー E {\displaystyle E} と運動量 p {\displaystyle p} との関係は、質量がある粒子とない粒子では異なっている。 質量のある粒子では、質量のない粒子では、ここで m {\displaystyle m} は粒子の質量、 c {\displaystyle c} は光速である。これらの関係を用いると、ここでΛは気体の熱的波長である。これは重要な量である。 文章: 減光 1784年の観測によって、ウィリアム・ハーシェルは、夜空に恒星が全く見えない領域が存在することに言及しており、これが宇宙空間において天体の光が減光を受けた結果が、初めて記録された例とみられる。 しかし、ハーシェルの発見後も、なぜ星がみえないかの理解は進まなかった。それから何十年も経過し、今度はヴィルヘルム・シュトルーヴェが、太陽から遠ざかれば遠ざかる程、単位体積当たりにみえる恒星の数が少なくなることに気が付いた。シュトルーヴェはこの現象を、星間空間で何らかの効果により天体の光が暗くなると仮定し、その効果を1kpc(およそ3,260光年)遠ざかるごとに1等級暗くなると見積もった。この推定は、現代の減光則が大まかに1kpc当たり0.7から1等級としているものに近い。 20世紀になると、減光は希薄な星間物質が天体の光を吸収・散乱することによって起こると考えられるようになり、その決定的な証拠は、1930年にトランプラーによって得られたとされる。トランプラーは、減光が銀河面付近で主に起きていることや、遠い天体程本来の色より赤くみえることから、減光が選択的に起こり、短い波長の光の方が大きな減光を受ける波長依存性も明らかにした。 文章: 透明 一般に「透明」とは光(可視光線)に対してのことを言う。そして光は電磁波の一種であるので科学的に一般化して、ある物質がある電磁波に対して「透明である」とは、その物質と電磁波との間に相互作用が起こらず、電磁波の吸収および散乱が生じないということを意味する。 ある物質が電磁波を吸収する場合、その物質は吸収した波長の補色に色づいて見える。例えば、葉緑素は赤色に相当する680700 nmの波長の光を吸収するため、補色の緑色に見える。 また、ある物質が電磁波を散乱する場合にも、その物質は色づいて見える。散乱は物質が電磁波の波長と同等の単位構造をもつときに生じる。例えば水は可視光線を吸収しないためまとまった量では透明に見えるが、細かい粒子になると光を散乱するため不透明となる。霧や湯気が白くみえるのはこのためである。 文章: 散乱振幅 X線の散乱長は、トムソン散乱長もしくは古典電子半径 r 0 {\displaystyle r_{0}} である。 文章: ウィリアム・トムソン 初代ケルヴィン男爵ウィリアム・トムソン(英: William Thomson, 1st Baron Kelvin OM, GCVO, PC, PRS, PRSE、1824年6月26日 - 1907年12月17日)は、アイルランド生まれのイギリス (当時のグレートブリテンおよびアイルランド連合王国)の物理学者。 爵位に由来するケルヴィン卿(Lord Kelvin)の名で知られる。 文章: アーサー・コンプトン 量mecは電子のコンプトン波長として知られており、その値は2.43×10 mである。波長シフトλ′ - λは0(θ = 0°の場合)の電子のコンプトン波長の2倍(θ = 180°の場合)の間にある。コンプトンはX線の中に大きな角度で散乱しているにもかかわらず波長シフトを経験しないものがあることを発見した。これらの場合、光子は電子を放出しなかった。よってシフトの大きさは電子のコンプトン波長ではなく原子全体のコンプトン波長に関係しており、1万倍以上小さい場合がある。 コンプトンは後にこう回想している「1923年にアメリカ物理学会の会議で結果を発表したとき、これまで知るうちで最も激しく争われた科学論争が始まった」。光の波動性は十分実証されており、二重の性質を持つことができるという考えは簡単には受け入れられなかった。特に結晶格子の回折は波動性に言及してのみ説明できるといわれていた。1927年にコンプトンはノーベル物理学賞を受賞した。コンプトンとAlfred W. Simonは個々の散乱X線光子と反跳電子を同じ瞬間に観測する方法を開発した。ドイツでは、ヴァルター・ボーテとハンス・ガイガーが独立に同様の方法を開発していた。 1923年、物理学教授としてシカゴ大学に移り、その後22年間その地位にあった。1925年、周期表の最初の16元素(水素から硫黄)からの13万ボルトのX線の散乱は偏光するというJ. J. トムソンにより予測されていた結果を実証した。ハーバード大学のウィリアム・デュアンはコンプトンによるコンプトン効果の解釈が間違っていることを証明する運動を主導した。デュアンはコンプトンを反証するために一連の実験を行ったが、コンプトンが正しいという証拠を見つけた。1924年にデュアンはこれが事実であることを認めた。 文章: 空 なお、雲は水滴の大きさが可視光線の波長と同程度にありミー散乱を受ける。どの色の波長も同じように散乱されるので白色に見え、厚い雲の影の部分は光が弱くなって灰色や黒色に見える。同様に大気にちりや煙霧などの微粒子が多いときも、ミー散乱により、昼間は大気が白色や灰色を呈する。なお、大きさが均一の小さい微粒子が漂うときには散乱により特定の色が強く見えることがある。山火事や火山噴火の後に500 - 800 nm程度の微粒子が生じることがあり、空が赤みを帯びる。上空の植物由来の有機エアロゾルテルペンは200 nm程度の微粒子で、盆地で生じることがある青みを帯びた煙霧の原因と考えられる。 文章: 散乱理論 散乱理論(さんらんりろん、英: Theory of Scattering)は、粒子などの散乱を扱う理論のこと。 物質の微視的な構造を調べるときに最も一般的な方法は、その物体に粒子(または波動)を衝突させて、散乱された粒子の分布の様子を調べることである。現代物理学の実験的研究の結果の多くは量子力学における散乱理論に基づく計算の結果と比較されることになる。 実験では電子、光子(電磁波)、中性子、陽子、イオンなどが、原子、分子、原子核、素粒子などによって散乱される。 文章: 大気散逸 高エネルギー光子が分子と衝突して電離を起こす光電離が起きるとイオンが生成される。このイオンは惑星の磁気圏に捕獲され得るが、後述の極風によって散逸する場合がある。また光電離によって分子イオンが生成された場合、分子イオンと電子が再結合してから解離し、複数の中性粒子が生成される場合がある。この過程は解離性再結合(英語版)と呼ばれ、電離エネルギーと解離エネルギーの差が粒子の運動エネルギーとなり、中性粒子が速度を得て散逸を起こす。太陽風や磁気圏内の高エネルギーイオンは、高層大気の分子と電荷交換を起こす場合がある。高速で動くイオンは大気中の低速の中性粒子から電子を捕獲することで、高速の中性粒子と低速のイオンに変化する。低速のイオンは惑星の磁場に捕獲されるが、高速な中性粒子は散逸し得る。太陽風からもたらされる過剰な運動エネルギーは、大気中の粒子と衝突して散逸させるのに十分なエネルギーを与える場合がある。 文章: 大気散逸 金星大気では、ピックアップされた荷電粒子によるスパッタリングにより、ピックアップによる散逸そのものより数十倍も多い中性粒子を散逸させることが指摘されている。 文章: ルイ・ド・ブロイ ド・ブロイは博士論文において、後にド・ブロイ波(物質波)と呼ばれることになる仮説を提起している。これはウィリアム・ローワン・ハミルトン以来の、光学と数学間のアナロジーを継ぐものであった。すでにアルベルト・アインシュタインは1905年の論文において、光電効果について電磁波を粒子として解釈することで説明していた。また博士論文提出前年の1923年にはアーサー・コンプトンが電子によるX線の散乱においてコンプトン効果を発見し、光量子説は有力な証拠を得た。ド・ブロイはこれらに影響を受け、逆に粒子もまた波動のように振舞えるのではないかと自身の博士論文で提案したのである。 すなわち、この仮説は光子だけではなく全ての物質が波動性を持つとするもので、波長λと運動量pが次の式で関係付けられた。 これは、ド・ブロイの方程式と呼ばれる。光子の運動量pをp= E c {\displaystyle {\tfrac {E}{c}}} 、光子の波長λをλ= c f {\displaystyle {\tfrac {c}{f}}} (cは真空中の光速度)とした、アインシュタインの式の一般化である。 文章: 分散系 ジョン・ティンダルによって発見されたためこの名がある。 ミー散乱の強度は粒子径と波長がほぼ等しいときに最大となり、光の入射方向より特に前方側に多く散乱する特徴がある。ミー散乱の強度は波長に特に依存しないので、太陽光の場合は白っぽく見えることになる。 凝析(ぎょうせき、flocculation)は、分散質粒子同士が吸着集合して沈降する現象であり、イオン性物質(塩(えん))により引き起こされる凝析は塩析(salting out)と呼ばれる。一般に、分散質粒子は表面張力と同義の、分子間力の総和にあたる粒子間ファンデルワールス力引力を普遍的に有する。一方、分散質粒子の表面には組成と溶媒の極性の差による電位差が存在し、その表面電位と逆符号の対イオンによる拡散電気二重層が形成される。同種の粒子には同種の対イオン二重層を有するため、粒子が接近すると二重層が重なり合い、イオン拡散に由来するエントロピー効果によって浸透圧斥力が生じ、粒子の凝集が妨げられ分散系は安定化する(DLVO理論)。親水コロイドの場合、疎水コロイド同様に表面電荷を持つとともに、水和(溶媒和)により多数の水分子が配位しており、その立体斥力によってさらに強く反発し安定化する。保護コロイドは、表面にタンパク質等が吸着し、表面電位が変化し安定化している場合もある。DLVO理論によると、分散系にイオン性物質を加えた場合、バルクのイオン濃度が上昇するため相対的に電気二重層のイオン濃度が低下し(バルク溶媒と近くなり)、結果として浸透圧(斥力)が弱まり、粒子間ファンデルワールス力による凝集力が優位に発現する。親水コロイドや保護コロイドは保護層を形成している水和水やタンパク質などに塩やエタノールが吸着して分散質表面から引き剥がしてから電位差が弱化されるので、より大量の凝析・塩析物質を添加する必要がある。各種ゾルに対するイオンの凝結能力(臨界ミセル濃度の逆数)で測定すると、 文章: 光速 マクスウェルの方程式によれば、電磁波の伝播速度は次の関係で与えられる。ここで、ε0 は真空の誘電率、μ0 は真空の透磁率である。ジェームズ・クラーク・マクスウェルはこの式を観測ではなく理論から導いたが、判明していた値 ε0 = 8.85×10 F/m、μ0 = 1.26×10 H/m を代入すると、真空中の電磁波の速度が約30万 km/sとなり、フィゾーが測定した光速度とほぼ一致した。この事から、マクスウェルは当時正体がよくわかっていなかった光の波が電磁波の一種であることを提唱した。これは後にハインリヒ・ヘルツによって実証された。 文章: レイリー・ジーンズの法則 レイリー・ジーンズの法則は、黒体輻射におけるエネルギー密度の理論式の1つである。レイリー・ジーンズの公式とも呼ばれ、イギリスの物理学者であるレイリー卿とジェームズ・ジーンズに因む。レイリー・ジーンズの公式は黒体から熱放射される電磁波、すなわち輻射場のある温度におけるエネルギー密度のスペクトル分布を与える。輻射場を一次元調和振動子の集まりとして扱い、古典統計力学を適用することで導かれる。この公式が適用できるのは長波長(低振動数)の限られたスペクトル領域のみであり、不完全な理論式である。全スペクトル領域で成り立つ完全な理論式は、量子論に基づくプランクの公式によって与えられる。しかしながら、レイリー・ジーンズの公式は古典物理学の限界を浮き彫りにし、輻射の理論や現代物理学の発展に重要な役割を果たした。 文章: ブルーフィールド内視現象 ブルーフィールド内視現象(ブルーフィールドないしげんしょう)とは、小さな明るい光点(青空の妖精と呼ばれる)が視野の中を急速に動きまわる現象のこと。特に青空のような明るい青い光を見たときに見える。初めてこの現象を臨床的に記述したドイツ人の眼科医リチャード・シェーラー よりシェーラー現象とも呼ばれる。