キヤノンサイエンスラボ 光って何?

自然界の光は、さまざまな光の集合です。波長や振幅、進行方向はバラバラです。また、波長、振幅、進行方向が同じ光でも、振動する方向(振動面)が違います。この振動方向がある方向にまとまった状態の光を、「偏光」といいます。
水面では、振動面が横方向の光が多く反射されます。水面が光るのは、横方向の偏光が人の目に入ってくるからなのです。そして、水面の波動のゆらぎとの相乗効果でキラめきが見えるのです。

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音と光は同じ波でもまったく違う

音も光と同じく“波”です。波長や振幅があります。けれどそれぞれは、まったく違う“波”。まず、音波は、振動を伝える「媒質」がないと伝わりません。空気などの媒質の中を、疎な部分と密な部分が「疎密波」として伝わるものです。光波は、電場と磁場が波になって伝わるもので、媒質のない真空中でも伝わります。波のかたちも違います。音波は、波の進行方向と振動方向が同じ「縦波」。光波は、波の進行方向と振動方向が垂直な「横波」。振動する方向がかたよった場合に起こる「偏光」という現象は、横波だけに起こります。

光は横波だから「偏光」する

横波には、「振動面」があります。振動面とは、振動の方向を示すひとつの平面のこと(これは縦波にはありません)。平面は角度を変えて多数存在できますから、横波も、波長、進行方向が同じながら振動面が違う波が多数存在するのです。このような振動面(振動の方向の面)がある方向にかたよった状態が、「偏光」なのです。この偏光は、光が横波である証拠にもなっています。偏光は、下図のような簡単な実験で確認できます。光源から発した光の振動は、あらゆる方向に起こります。縦方向に等間隔に並んだスリット(すだれのようなもの)を通ると、縦方向に振動する光だけが通り抜けます(このように振動方向が1方向に限定された光のことを「直線偏光」といいます)。縦方向のスリットを通り抜けて振動面のそろった光を、次に横方向のスリットに通してみると、光は通らず暗くなります。このスリットの役割をするものが「偏光フィルター」です。偏光フィルターは一般にも、一眼レフカメラなどのレンズに付けて利用されています。

ミツバチは空の偏光状態を知る

ミツバチは、蜜を求めて花畑を飛び回り、迷うことなく巣に帰ります。この正確さは、太陽光をコンパス代わりに利用しているからだということがわかっています。ミツバチは、太陽の偏光を感知することで、太陽の位置を確認し、飛ぶ方向を決めているのです。太陽光による空の偏光状態は、太陽を見る方向、太陽の高度によって決まっています。また、ミツバチの眼は、多数の単眼で構成された複眼で、単眼ひとつずつは8つの光受容器を持っています。8つそれぞれが、光の通過方向の異なる偏光フィルターのようなものでおおわれています。これで、眼に入射する特定方向の偏光を感知します。ミツバチだけでなく、ほかの昆虫の多くも、このような方法で太陽の方向を知っていると考えられています。