反射
波ってどうして
こうややこしいんだろうね
もうとっくに次に行く予定だったのに
まだ終わらないよ
『波』だけで
これだけ大量の情報があるってことは
それだけこの『状態』ってものが
ぼくたちに関係がある
ってことなんだろうね
ここまで書いたから
簡単に波の性質も書いちゃおう
有名なところでは
反射・屈折・回析・干渉
っていうのがあるってことらしい
このうち反射・屈折・回析については
ちょっとだけ書いた
『ホイヘンスの原理』で
説明がつくって言われているね
すごく大雑把に言えば
波ってものは
波面（波の進んでいく先々）で
それぞれ幾つもの
二次波（素元波）がつくられている
って考えかた
波っていうのは
球面波（二次波）を
無数に作り出すことで
進んでいくって考えかただね
ホイヘンスさんのこの考え方は
波の性質を良く表していたけど
波は前だけじゃなくて
前後左右どちらへも出来ちゃうんだから
この原理だけじゃ
波の形状は
ぐちゃぐちゃになりそうだったんだ
だからフレネルさんが
二次波の干渉（後で書くね）で
波の進行に適合する
原理を作り上げたってことだね
だから正確には
ホイヘンス＝フレネルの原理って
言われるんだけど
やはりホイヘンスの原理の
インパクトが強かったから
今でもこの
ホイヘンス＝フレネルの原理は
ホイヘンスの原理
って呼ばれることが多いそうだ
ホイヘンスの原理から考えると
波の最先端は
波の発生源としての点が
ぐちゃぐちゃと集まっている
場所ってことだね
波って言うのは
大量のボールが
ランダムに並んだ状態で
進んでいく
みたいなものかな
そのボールが壁にぶつかった
と 考えてみてよ
ボールは壁にぶつかった角度（入射角）と
反対の角度（反射角）に
跳ね返っていく
これが波の『反射』だね
屈折
波の最先端は進行方向以外は
『干渉』で波の力は
少なくなっていく
（これがフレネルさんの説だね
だから波は進行方向に
形を変えずに進んでいく
っていう説明なんだ）
ただし条件としては
同じ媒質の中を
波が伝わっていくってことが
あるんだよね
波は媒質ごとに
その進む速度が変わっちゃう
波が今まで進んできた媒質と
違う媒質の中に突っ込んだとすると
急に波の速度が
変わっちゃうんだよね
波はその先々で新しい
二次波を発生させながら
進んでいくんだ
だとすれば
急に速度が変われば
前の速度の波とあたらしい速度の波が
これまでと違った形で
干渉を起こしちゃう
だから波のコースが
曲がっていくってこと
これが『屈折』ってことらしい
回析
平面波でも球面波でもいいけど
わかりやすくするために
平面波で考えてみようか
平面波は波面がまっすぐに
進んでいく波ってことだね
語弊を招くけど
陸に向かって進んでくる
海の波っていうのが
イメージしやすいかもしれない
その平面波の前（進行方向）に
スリットを置いたとしようよ
海だったら防波堤に
隙間を作ったみたいなものだね
スリットの幅が
波の波長より短いと
そこを通った波はスリットを
波源とした球面波に変わっちゃう
見方を変えると
直進してきた波が
障害物の後ろに回り込むって
現象がおきちゃうわけだ
この現象を『回析』って言うんだけど
ホイヘンスの原理からすれば
当たり前のことだよね
波は球面波の発生源が
連続して進んでくるわけだから
反射にしても屈折にしても
なにかの障害にぶつかれば
そこを起点とした波が
新たに発生するのは当然
この回析って現象は
波長が長いほど起きやすいそうだ
物陰で相手が見えないのに
音だけが聞こえてくるのは
光（可視光線）の波長より
音（可聴音）の波長のほうが
はるかに長いからなんだ
干渉
干渉を書く前に
波の性質ってものを
書いていたほうがいいかもしれない
これまでは波単体の性質だったけど
こんどは二つや三つ
それ以上の複数の波がぶつかった時の
波の振る舞いってことだね
波どうしはぶつかっても
壊れたりしないで
そのままお互い
通り抜けるらしいんだ
波の速度も
重なったりぶつかったりしても
本来の波の速度は
変わらない
（これもらしいだけどね）
波ってものは
あくまで自分本位で
お互いの進行を妨げたり
邪魔したりはしないで
我が道を進行し続けるってことだね
このことを『波の独立性』って
言うらしい
では二つの波が重なった時
何も起こらないのかと言えば
そんなこともないみたい
たしかに波の独立性ってことを
考えれば当たり前なんだけど
波って状態だよね
だとすると
その波が侵攻している媒質の変化が
波ってことになる
もともとの媒質を
状態変化させるってこと
なんだから
お互いの波が
無関心で通り過ぎるってことは
片方が起こした媒質の状態変化を
もう片方の波が
さらに状態変化させて
通り過ぎていく
ってことになっちゃうんだ
こうして波は
お互い無関心に
ただ通り過ぎていくだけなんだけど
その様子を外部から見ているものには
波が合成されているように
見えちゃうってことになる
このような二つ（複数）の
波がぶつかった時にできる
合成されたように見える波を
数式で表す方法が
『重ね合わせの原理』って
呼ばれるそうだ
波どうしが干渉しあわないんだから
この式はシンプルなものになる
ある一点での合成されたように見える
波の式は単純な
足し算ですむってことなんだ
波の干渉っていうのは
この重ね合わせの原理でできる
新しい波長の波のことを
表しているそうだ
ただ同位相（同じ波長・速度）や
特徴的に相関性が近い波だと
顕著にその波が現れるから
一般に『干渉』という言葉は
同位相の波が２つぶつかった時に
使われる場合が多いんだけどね
定常波（波形だけあって進行しない波）なんかは
その典型的な例だと思うよ
でも どんな複雑な形の波でも
当然縦波でも横波でも
この重ね合わせの原理は
成り立つんだ
これは逆に考えれば
どんな複雑な波形でも
幾つかの波形を重ね合わせれば
作り上げることができるってことにも
なるんだよな
ちなみに複数の波が重なり合ってできた波を
『合成波』って言うらしいよ
