第20回：光の正体は？【恒星編】

さて、目に見える夜空の星の光の面密度、
つまり、光子の面方向の間隔がｍｍ（１０^-3ｍ）以下だとして・・・
（面密度＝光子の数は10⁶個／ｍ²以上）

一方、その光を発した星までの距離は、
肉眼で見える最も遠い恒星で1万6000光年だそうです。

また、肉眼で見える最も遠い”天体”は銀河で、
有名なアンドロメダ銀河までの距離は約250万光年で、
肉眼で見える範囲の直径は13万光年。

時には、100億光年 （10¹⁰光年）もの距離から、ガンマ線バーストという強烈な光が届くこともあります。


で、2008年に観測されたガンマ線バーストは、
太陽の40倍ほどの大きさの恒星が発したそうで・・・

その半径は、約70万km（太陽の半径）×40倍＝2,800万km、
光の速さで測ると、大雑把に切り上げて約100光秒で、
「光年」に換算すると、
100÷（365日×24時間×60分×60秒）＝100÷31,536,000≒３×10^-6 光年です。

恒星の光は、恒星の表面（球）から、
球状に膨らむように広がるので、

恒星の表面積に対して距離の二乗で光の表面積が広がり、
光子の密度は距離の二乗に反比例して拡散して薄くなり、
面方向の間隔は距離に比例して広がります。

なので、
恒星から放射された時点の光子の密度は、
地球に届いた光の密度の、
（恒星までの距離÷恒星の半径）² 倍、
光子の間隔は恒星の半径÷恒星までの距離倍になります。

ざっと計算してみると、
元々超概算なので、ここからは桁数だけ考えて・・・(^＿^;)

光子の密度＝（10¹⁰ ÷10^-6）²＝（10¹⁶）² ≒10³²倍
光子の間隔＝3×10^-6÷10¹⁰ ≒3×10-¹⁶倍

で、地球での光子の間隔が１mm（10^-3ｍ）以下として、

光子の密度＝10⁶×10³² ＝10³⁸個／ｍ²
光子の間隔＝10^-3×10^-16＝10^-19

原子などのサイズがこれくらいなので↓

陽子や中性子のサイズと比べて10^-4＝１万分の１、
原子と比較すれば、10^-9＝10億分の１です。(^○^;)

で、
光子と光子の間隔が、これ以下ですから、
光子のサイズは（あるとすれば）、
当然、これ以下のサイズになるハズです！

ちなみに、
液体水素の密度は約70kg/ｍ³ で、
水素原子１個の質量が約1.66×10^-27kgなので、
水素原子間のピッチは、
１÷70×（1.66×10^-27）の３乗根＝約3×10^-10ｍで、
ほぼ、原子のサイズで密集している事になります。

また、
太陽の表面の粒子密度は10²³個／ｍ³だそうですが、
波長が数百nm（ナノ・メートル）＝10^-7ｍの可視光は、
１ｍ³（１辺が１ｍ）に、周期で10⁷回分含まれているので、
光の１周期分は、10¹⁶個／ｍ²となり、
粒子間の距離は平方根の逆数で10^-8ｍ。

なので、
ガンマ線バーストを起こした恒星での表面密度は、
太陽表面の10²²倍＝１兆の100億倍！
光子間の距離は10^-11＝1000億分の１になります。(^○^;)

一方、太陽表面の粒子密度は、
液体水素の水素原子密度の10^-5＝10万分の１、
粒子間の距離は100倍ほどと、
原子サイズの100倍ほどの間隔があるので、
光子を放出する原子が「最外縁の１層」のみとした場合、
原子は各々、原子の100倍の間隔が開いているという事になります。

つまり、太陽表面の様に大きな重力下で、
高圧高温であっても、
恒星の様なガス体は液体などと比べれば、
スッカスカって事です！(^○^;)

そう考えると、
ガンマ線バーストを起こした恒星の表面で、
これらの光子が原子から放出されるとして・・・

原子のサイズの10億分の１の間隔、
表面密度では10³⁸／ｍ個も放出されるって、
どぉ〜ゆぅ〜事でしょう！？(^○^;)

そして、
これほどの高密度な状態から、
10^-32倍という希薄な状態まで、
光は『波』としての性質を維持します。

しかも、
光は何かに当たれば、
すぐに反射したり、吸収されてエネルギーに変化したり、
非常に強い相互作用を持っていながら・・・

この宇宙では、
数千億個（10¹¹）の銀河それぞれに、
数千億個（10¹¹）の恒星が含まれて、
10²²個もの恒星が、強力な光を全宇宙へ向けて放出し続けている訳です。(^＿^;)

ですから、
ある星の光が地球に届くまでには、
無数の光の波と交差しているハズなのに、
光同士は、周波数が異なっても、
波が合成され干渉しながらも、
全く相互作用なしに通過して、
元の周波数でで地球に届きます。

そして、
肉眼で見えるだけでも数千個の星の光が、
直径数mmの瞳孔で交差しても、
網膜には１個１個像を結びます。

これらの事を考えると、
もしも光が『粒子』であれば、
そのサイズは10^-19ｍ以下と、
原子核と比較しても想像を絶するほど桁違いに小さく、
原子同士はスッカスカなのに対して、
光子の空間密度は、恒星の表面では想像を絶するほど高密度です。

なのに、アインシュタインの光電効果の説では、
「１個の電子に１個の光子しか衝突しない」
なんて、
奇跡も奇跡、到底あり得るとは考えられないです！

やはり、電磁波は
「空間にエネルギーが一様に充填されていて、
　粒子の様に飛び飛びの状態ではない」
と、考えざるを得ません。

そこで、私の結論としては・・・(^○^;)

電磁波は、
『相互作用のエネルギーそのものが波として伝わる現象』
であり、
『原子など他の物質との相互作用は、
　その物質により一定の単位で行われる現象』
と考えますぅ〜。o(^0^)o

次回は、
いよいよ？
『移動する光源からの光の伝わり方』
・・・のつもり・・・(^○^;)

【続く】