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: 水の青 レイリー卿は空の青色の原因を、微粒子による光の散乱によるものと考えた。これをレイリー散乱と呼ぶ。また、レイリーは海の青も空の青の反射の結果であると考えた。チャンドラセカール・ラマンは水分子自体の光の散乱によるものであると推測し、1922年に論文を発表している。しかしながら、海の青色の原因の一部は空の色の反射も寄与し、レイリー散乱の寄与も完全には否定されていないものの、青色は主に水自身の光の吸収に起因するものであることが、現在では判明している。また、水自身の色の主因がレイリー散乱によるものと仮定すれば、夕焼けのように透過光では赤色に見えるはずであるが、水の透過光は青色である。液体の水の色は、長いパイプに入れた純水に白色光源を当てることにより観察できる。このとき水はターコイズブルーを呈し、これは補色の関係にある赤色領域に弱い吸収帯が存在することに起因する。
文章: 影 影は物理現象としては、光が直進性を持つことから生まれる。また光の波長に較べ、影の原因となる物体が非常に巨大であるため、輪郭の明瞭な影が成立する。電波は、物理学的には、本質的に光と変わりない電磁波であるが、波長が非常に長く、人体や建造物などと較べると遥かに大きいため、電波もまた直進性を持つとは言え、電波による影は、日常的なサイズの物体等については生まれない。 ビルの蔭などになると、TV電波の受信で電波障害が起こるが、これは光学的な「半影」に相当する現象である。影という場合は、通常、特定光源・電磁波源からの光・電磁波についての「真影」のことを指すので、電波等の場合は、日常的な物体サイズでは、影は生じないのである。別の言葉で述べると、直進する電波がビルに当たった場合、波長が非常に長いため、電波は散乱してビルの背後にまで回ってしまい、純粋な影はできない。 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: 限外顕微鏡 限外顕微鏡(げんがいけんびきょう)は特殊な照明装置を用いた、非常に小さな粒子を観察できる顕微鏡。粒子の直径が可視光の波長(約500ナノメートル)近辺もしくはそれ以下の場合、通常の照明装置では粒子を観察できないが、限外顕微鏡法は光の反射ではなく、光の散乱に基づいているため、観察が可能である。 限外顕微鏡では、粒子を液体または気体コロイド(もしくはさらに不均一な懸濁液)などに分散させて観察する。コロイドを遮光容器の中に入れ、一方向から強い光線を照射すると、コロイド粒子に当たった光が散乱する(チンダル現象)。 光線に対して直角に設置した普通の顕微鏡で見ると、個々の粒子が不規則に動くぼんやりとした小さい光として観察できる。光の散乱を使用しているので、光の反射より得られる像が不鮮明になる。 ほとんどの液体や気体コロイド中で、粒子はブラウン運動をしている。 限外顕微鏡は透明の固体やゲルに分散した不透過粒子の観察にも用いることができる。 限外顕微鏡(ultramicroscope)の"ultra"は、可視光の波長よりも直径が短い粒子を観察できることを意味する。これは(可視光より短波長である)紫外線(ultraviolet)に倣って付けられたものである。 この顕微鏡は、エアロゾルとコロイドの観察、ブラウン運動の研究、霧箱でのイオン化軌道の観察、生物の微細構造の研究などに用いられてきた。 1902年にカール・ツァイスに所属するリヒャルト・ジグモンディとヘンリー・ジーデントップにより開発された。太陽光を当てると、クランベリーガラス(金を含有する赤色ガラス)中の4nmのナノ粒子の大きさを特定することができた。ジグモンディはさらに改良を加え、1912年に浸式限外顕微鏡を発表し、液体中に懸濁したナノ粒子の観察が可能になった。彼は1925年、コロイドと限外顕微鏡に関する研究によりノーベル化学賞を受賞した。 後に電子顕微鏡が開発され、光学顕微鏡では小さすぎて観察できない物体を見るための新たな方法が生み出された。 文章: GJ 3470 b 3μmの波長による観測では、他の波長による観測と比べ、GJ 3470 b の直径が約6%小さくなる事が判明した。この差は、GJ 3470 b が透明な大気を持つことによる影響と考えられている。GJ 3470 b が通過している際の GJ 3470 からの光は、GJ 3470 b の大気を通過したものが含まれていると考えられる。大気中に含まれる分子によって、GJ 3470 b の大気を通過する GJ 3470 の光は散乱や吸収によって減光するが、その度合いは波長によって変わってくる。ただし、大気中に厚い雲が含まれていると散乱の度合いがどの波長においても同程度になる。1.3μmという特定の波長のみが他の波長と比べて半径に差が生ずるということは、少なくとも GJ 3470 b の大気は透明であり、雲が含まれていないことが分かる。このことから、GJ 3470 b は「晴れの惑星」などと呼ばれる。 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。 文章: ジョン・ヘンリー・ポインティング ジョン・ヘンリー・ポインティング(John Henry Poynting 、1852年9月9日 - 1914年3月30日)はイギリスの物理学者である。電磁場の持つエネルギーの流れの密度を表す電場と磁場のベクトル積であるポインティング・ベクトルや、太陽の放射が宇宙塵に対して働く力ポインティング・ロバートソン効果などで知られる。 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: 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: カナダ水素強度マッピング実験 また、CHIMEはわずか数ミリ秒という短時間だけ強い電波を放つ謎の天体、高速電波バースト(FRB)を検出することができる。 文章: コンプトン効果 コンプトン効果(コンプトンこうか、英: Compton effect)とは、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である。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あり、X線(電磁波)が粒子性をもつこと、つまり光子として振る舞うことを示す。また、コンプトン効果の生じる散乱をコンプトン散乱(コンプトンさんらん、英: Compton scattering)と呼ぶ。 文章: ブリルアン散乱 ブリルアン散乱(ブリルアンさんらん、ブリリュアン散乱、ブリュアン散乱とも)とは、光が物質中で音波と相互作用し、振動数がわずかにずれて散乱される現象のことである。名称はレオン・ブリルアンに由来する。 この散乱は水や結晶などの媒質中で光が密度変化と相互作用することによって生じる。この際、光の経路とエネルギー (すなわち周波数) が変化する。 散乱の要因となる密度変化は音響モードすなわちフォノンに由来するかもしれないし、磁気モードすなわちマグノン、あるいは温度勾配に由来するかもしれない。 媒質が圧縮されると屈折率が変化し、必然的に光路が変化することは古典的にも説明できる。 文章: コンプトン波長 コンプトン波長とは、粒子の質量を長さとして表した物理定数である。名称はアメリカの実験物理学者アーサー・コンプトンに由来する。 質量 m の粒子のコンプトン波長 λ は、プランク定数 h と光速度 c を用いて と表される。コンプトン波長は量子論を特徴づけるプランク定数と、特殊相対性理論を特徴づける光速度によって、質量を長さに換算した量であるといえる。 コンプトン波長は、元々は1922年にコンプトンが発見したコンプトン効果に登場する量である。X線を物質に照射したとき、散乱X線の波長が入射X線より長くなる。この波長の変化が元の波長や物質の種類には依存せず、散乱角にのみ依存する。散乱角が90度の時の波長の変化が元々のコンプトン波長である。波長の変化が最大となるのは散乱角が180度のときである。このコンプトン波長は電子と光子の非弾性散乱として解釈され、電子の質量を長さとして表したものである。このような歴史的経緯から単にコンプトン波長と言ったときは通常は電子のコンプトン波長を指すが、その他の粒子についても考えることができる。 電子のコンプトン波長の値は λ C = 2.42631023867(73)×10-12 m である(2018CODATA推奨値)。 文章: 光冠 水滴のサイズが均一でないばらばらの時に、白やオレンジなどの単一色のオーレオールとなりやすい。光冠は回折によって起こる現象であるため、水滴以外の微粒子が空中に浮遊している場合にも見られることがある。例えばスギ花粉が飛散している季節にはこれによる光冠がしばしば見られ花粉光環(花粉光冠)と呼ばれる。黄砂や風塵などの砂ぼこりは粒子径の幅が大きいため、光冠が見えるのは稀である。散乱が大きいため色が見えず、ただ白っぽく見えるだけのことが多い。また、大規模な火山の噴火が起こり大気の上層に微細な火山灰が吹き上げられた場合にもこれによる光冠が見られる。雲を構成する水滴よりも直径の小さい火山灰が浮遊している場合、極稀に直径が10度以上にもなる巨大な光冠が見られることがある。これは特に、1883年のクラカタウの噴火の際にこの現象を発見したビショップ牧師(Rev. 文章: 雪 雪の結晶は、成長過程の大気中の環境条件によりその形を大きく変える。そのパターン(晶癖)は研究によりいくつかの類型が知られている。小分類では121種類ある。 基本的な形状として、平らな六角形の「角板」、柱状の六角形の「角柱」、細長い「針」がある。Kobayashi (1961)によれば気温と、湿度(過冷却水の飽和水蒸気圧に対する氷の飽和水蒸気圧の差)に相関性がある。0から-4 °C付近では「角板」、-4 から-10 °C付近では湿度が低いと「角柱」、中程度では角柱が中空になった「骸晶角柱」、高いと「針」や針が中空になった「鞘」、-10 から-22 °C付近では湿度が低い方から順に「厚角板」「骸晶厚角板」「角板」「扇形」、-22 °C以下では湿度が低い方から順に「角柱」「骸晶角柱」「鞘」になる。また、-12 から-15 °C付近の高湿度では「樹枝状」が発達する。 雪は、入ってきた光(太陽光)をほとんど吸収することなく散乱光として送り出す。太陽光には幅広い波長の光が含まれるが、波長が違っても散乱強度に大きな差がなくまんべんなく散乱するという性質のために、真っ白い色に見える。大量の積雪は日光の下で青みを呈することがある。晴れた空の下で雪洞などの雪を下から見ると青く見えやすい。これは氷のもつ光の吸収特性によるもので、青色にあたる波長0.45 μm付近の光が最も吸収が少なく透過しやすいためである。ただし氷に気泡や土砂などが混じると青みは失せて見える。 文章: 光渦 光は伝播の軸のまわりにらせん状にねじることができる。ねじれているので光の波はその軸の場所で打ち消される。平面上では、光渦は光の輪と中心に暗い穴があるように見える。中心に暗い部分のある光のらせんが光渦と呼ばれている。渦は定められた番号を持ちそれはトポロジカルチャージと呼ばれ、いくつのねじれが一波長の中にあるかに一致している。この番号は常に整数で、正の値でも負の値でも良くねじれの向きによる。ねじれの番号が大きくなると光はより速く軸の周りを回る。この回転は波列とともに軌道角運動量を運ぶ。また電気双極子上にトルクを引き起こす。この光の軌道角運動量はトラップされた粒子の周回運動で観測することができる。光渦と球面波を干渉させるとらせん状の位相が同心円状のらせんとなって現れる。らせんの腕の本数がトポロジカルチャージと等しい。光渦はさまざまな方法で研究室で作られる。