「音と光の衝撃波」

汽車などが、近づいてくる時、その警笛は高い音として聞こえ、遠ざかる時には低い音として聞こえる現象は誰もが経験したことがあるでしょう。この効果は、ドップラー効果といいますが、中学？か高校でも習うので知っている方も多いと思います。図のように波源物体が運動する場合は、物体が近づいてくる位置では運動方向の波の間隔が圧縮されることになるため、本来の波より波の間隔が短くなり、高い音として聞こえます。同様に物体が遠ざかっていく位置では、波の間隔が長くなり、聞こえる音は低くなります。
　このドップラー効果は波全般に成り立ち、光においても同じ効果が観測されます。光のドップラー効果の有名な例としては、遠方天体の赤方変移があります。現在、我々の宇宙は膨張しているといわれていますが、膨張宇宙モデルの根拠の一つは、遠方の天体がすべて波長が長い方向（赤）へ変移している為、地球から遠ざかっていると考えられるからです。

さて、今回の話はここから先が主題です。
波源物体の速度がずっと速い場合、このドップラー効果はどうなるでしょうか。近づく方の状態を考えると、波源物体の速度が波の伝わる速さと同じになったとき、ある限界点になるのが分かるでしょうか。物体の速さが自ら発した波に追いつくため、この瞬間、周波数は極限となり、無数の波のピークが同時に重なる状態となります。音の場合は、物体の速さが音速に到達したとき、爆発的な圧力波が生じます。これは衝撃波と呼ばれており、超音速ジェットなどが音速を超えた瞬間に爆発音を生じるのはこのためです。

この衝撃波、光においても類似の現象が起こります。
核反応においては、高速な電子が放出されますが、媒質中で電子の速度が光の速度より早く移動した場合、同じように光の衝撃波が形成され、青白い光が観測できます。放射性物質の貯水槽などはこのため青く光って見えます。この光はチェレンコフ放射光と呼ばれています。
2002年に小柴博士が、ニュートリノの検出に対する研究でノーベル物理学賞を受賞しましたが。このチェレンコフ光によってニュートリノの検出を行っています。

科学現象には、異なった対象でも、同様の原理が背後にあって起こっている物が結構あります。現象の背後にある原理との対応を考えるのは複雑なパズルのピースが埋まっていくようで、とても面白く感じるものですが、みなさんはどうでしょうか？

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子供の頃は宇宙の事を考えると気が遠くなるというか、なにかこう不安になる気がしましたが 今はまぶたが重くなります

DRILLさん、光のドップラー効果の問題は、宇宙船の中の話とか、SFチックで宇宙スケールのすごいものが作りやすそうですね。今年の阪大の問題なんでしょうか。

タイチ殿、相対論の「光を超えることはできない」のイメージが強すぎるのか、どこでも光は絶対というイメージを持ってしまいますけどね。媒質によっては、光が必ずしも速くならないです。物質は光を反射したり吸収したりしますし、屈折するということは、光の速度が物質の中と外で変わるため起こる現象です。先の水中の光の速度も、水の屈折率から簡単に計算できますよ。

大学院で関連講座の単位はとりましたが、僕も相対論は専門でないのですが、なぜかという質問にはこの理論の中では答えていないと思います。この辺については、素粒子物理の理論などで宇宙論と共にいろいろ仮説はだされています。

雑魚さん、ありがとうございます(^^♪
そうです、ソニックブームですね。確かにソニックブームのあの破壊的な印象からすると、光は静かで何も起こってないかのようですもんね。しかし、原子レベルでは、同様のことが起こっているわけですからね。
そう思うと、静かに青く光る光は不気味な感じですよね。

絵本やさん、ポチありがとうございます。大分、むかしのことなので、高校だったか中学だったか僕も忘れてしまいました。教育の要綱も変わっているだろうし、世代によっても違うんでしょうね。光の方は、高校で物理を選択しないと習わないような気がしますね。

daizuさん、確かに汽車よりも救急車の方が典型的なイメージですね。(^^♪
そうです。そうです。音と光の対比の関係、おもしろいですよね。こういう事象は、他にも結構ありますよ。

NOBさん、どうもありがとうございます。チェレンコフ放射とか高校・大学レベルの話ですが、お話としては小学生にも面白いとおもいますよ。僕が小学生のときもそうでしたが、小学生でもこういった宇宙にまで関連するような話は好きな子は多いですからね。

はるかさん、googleでコメントを検索すると、まったく同じコメがたくさん発見されますよ。自動巡回自体はまだいいとしても、「いつも拝見させていただいています」といった嘘を書くのはどうかと思いますけどね。

aquawoodsmanさん、確かに子供の頃に宇宙のことを考えるのは楽しくもあったけど、漠然と不安な気分にもなりましたよね。宇宙の果てや時間の果て、自分の存在の意味など考えてしまいますね。

内緒さん、お役にたてればなによりです。

・・・・・・（＠〜＠；）ｳﾑ・・・（＠〜＠+）ｳﾑ・・・
中学・・高校で・・習った・・・（＠〜＠；）覚えがナイ・・・

う〜ん、難しいですね。頭が固まってしましました。我が家の近くに電車が走ってるのですが、思わず高い音→低い音？って聴いていました。

[seasa_ie_treble]

私がよそのブログを駆け巡ると、各地で衝撃が発生することがあるのですが、それはこの理屈によるものなのでしょうか。

うっ、文系の私には話が難しすぎるのですが。。。＾＾
ドップラー効果は記憶の隅に残ってましたが＾＾

エセ理系の私にはもう付いていけません(^^;)
マンガ「銃夢」でこのあたりの話が出てきたのを覚えてます。

ブルーさん、僕も記憶が定かではないですが、たぶん音の方はならったと思います。しかし、指導要綱が年代によって変わってますからね。習わない世代もありそうです。

kiyo3663さん、能勢電車ですね(^^♪。電車はいろんな音が混じっているので、わかりづらいかもしれませんね。やっぱり、救急車の音が一番わかりやすそうです。

IEさん、衝撃が発生したら是非呼んでください。野次馬に駆けつけますので(^^♪
そのブログで、IEさんが駆け抜ける媒体はやっぱり○☆科学ですか。となると発する波動はなんでしょうね？ あっ、波動っていったらいけませんね。(^_^;)

ぴかりんさん、まあ、あまり難しく考えずに雰囲気を感じるだけでも、楽しいとおもいますよ。光の話というのは宇宙につながる壮大な物が多いので、酒でも飲みながら、たまにこういう現実生活から離れたことを考えるのも一興です。(^^♪

イヌドシさん、いえいえまだまだついて来てもらわねば(^^♪。こういうウンチクこそ是非、バーでカッコつけながら喋ってもらいたいですね。誰も見破ることのできない究極のエセ理系を目指してください。
昔、IEさんとのコメの応酬で「銃夢」の話、もりあがってましたね。僕は、残念ながら「銃夢」はまだ読んだことがないのです。こんど漫画喫茶で制覇してきますね。(^^♪