シリーズ 超極小『素粒子』の世界２６～「色」の秘密☆～
こんにちわ。
前回まで素粒子シリーズでは、電磁波や電子に着目して追究を重ねて来ました。
今回のテーマは「色」です。
私達の身の回りには、赤、青、黄から金 😀 、 銀
、銅 :blush: まで様々な「色」が存在します。
色がある世界は私達にとってあまりにも当たり前ですが、あらためて考えるとなぜ様々な色が存在するのか、不思議ですよね。
一般的に「色は物質が光を反射した結果生じる現象である」と言われており、色と光=電磁波は切っても切り離せない関係にあります。
一方電磁波は電子の移動と密接にかかわっています。リンク
この様に「色」というテーマは私達が追究している電磁波や電子とかなり密接にかかわっている可能性が高いのです。
そこで今回からは、物質の「色」という側面から電磁波や電子について追求して行きたいと思います。
応援よろしくお願いします。
１：色の発生原理
まずは、物質の「色」がどの様に発生しているのかを整理しましょう。
私達が物質の色を認識する為には「光」が必要です。この光には、
①太陽光
②物質自体の発光
の２種類あります。
今回はより身近な①の太陽光によって生じる「色」に焦点を絞りたいと思います。
太陽光は全ての波長を持つ電磁波の集合体で、物質はこの太陽光を吸収したり反射したりします。
吸収・反射の仕方は物質によって異なるのですが、この吸収・反射の違いが色の違いとなって現れるのです。
例えば赤い波長の光を吸収する物質は、青緑として認識されますがこの赤と青緑は 【補色】の関係にあります。
この様に、私達が認識する光は吸収された光の波長と捕色の関係にあるのです。
上記は、物質が太陽光が含む光の波長の一部を吸収して、一部を反射する時の現象ですが、当然太陽光を全て吸収したり、反対に全て反射する現象も起こります。その時認識される色が[黒]と[白]になります。
物質が受けた太陽光を全て吸収すると[黒]として認識しています。
反対に物質が太陽光を全て反射すると[白]として認識しています。
ここまでで太陽光の吸収や反射が物質の色と密接にかかわっている事が分かりました。
それでは、物質の「反射」や「吸収」はどのように行われているのでしょうか。
物質は陽子と中性子と電子によって構成されており、その中身は実はすかすかです。
吸収、反射の主役は一体誰なのでしょうか。
２：光の吸収、反射の主役は電子
実はこの一連の反射・吸収の主役は【電子】が担っているのです。
その機構は以下の様になっています。
まず、物質に太陽光が当たると主に電子が太陽光エネルギーを吸収します。
エネルギーを吸収した電子は続いて運動(振動)を始めたり熱を放出します。
つまり、エネルギーの一部が運動エネルギー(電子の振動)や熱エネルギー(温度上昇)に姿を変えるのです。
運動や熱に使われるエネルギーは太陽光の一部です。これ以外の、残ったエネルギーは電磁波として空間に放出されます。
実は、この再放出が「反射」と呼ばれている現象なのです。
換言すると、「吸収・反射」の正体は、「吸収・再放出」だったのです。
【反射】というと、文字通り太陽光を「はね返す」と思っていましたが、そうではなく一旦吸収した後に、あらたに放出されていたのですね
以上の事を吸収のメカニズムも含めてまとめると、
「光の吸収とは、電子による太陽光のエネルギー吸収である」
「光の反射とは、物質の中の電子のエネルギー吸収と再放出である」
という事になります。
エネルギーをはね返すのではなく、一旦吸収して、再放出している。この一連の働きは、シリーズ 超極小『素粒子』の世界７ ～素粒子をエネルギーから捉え直すと可能性が拡がる！で提起した
【電磁波の放出⇔吸収現象は自然界の至る所で行われている。】とも繋がり、電子や素粒子の振る舞いを考える上で非常に重要な視点になりそうです☆
それにしても、電子という素粒子は色々な所で主役級の働きを担っていますね
次回は、今回扱わなかった物質の発光現象による色について追究を進めていきたいと思います。
お楽しみに 😛
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