光の電場と磁場の関係：1つの光にはいくつの電場と磁場があるのか

物理学

2026.01.13

光は電磁波の一種であり、電場と磁場が相互に作用して伝播しています。光の中にはどれくらいの電場と磁場が含まれているのかという問いについて、相対性理論と電磁気学を基に解説します。

電磁波の基本的な性質

電磁波は、電場と磁場が互いに直角に振動しながら進んでいく波です。これらの振動は、電場と磁場が空間中で相互に関係し合いながら進行します。光もこの一種であり、可視光線、紫外線、赤外線などもすべて電磁波の一部です。

電磁波の中で、電場と磁場は常に互いに直角に関係し、さらに進行方向とも直角を成します。光の場合、この波動は非常に高速で空間を伝播しますが、電場と磁場が一つずつだけというわけではありません。

光は単一の波として伝播しますが、この波の中には電場と磁場の振動が存在しています。光の伝播方向に沿って、電場と磁場はそれぞれ直交する方向に振動します。言い換えれば、1つの光波には1つの電場があり、その電場に直交する方向に1つの磁場が存在します。

光の波長や周波数に応じて、電場と磁場の強度は変化しますが、常に一対で存在し、空間を伝播します。つまり、「たくさんの電場とそれに対応する磁場」という考え方は誤解であり、1つの光波には1つの電場と1つの磁場が存在するというのが正しい理解です。

異なる速度で動く観測者が光を観察する場合、光の電場と磁場の見え方が異なることがあります。これは「相対論的ドップラー効果」や「ローレンツ収縮」と関連しており、光の伝播方向に対する電場や磁場の振幅が変化することがあります。

しかし、これは光の本質的な性質には影響を与えません。あくまで観測者の運動状態による見え方の違いに過ぎず、実際に光自体が持っている電場と磁場の数が変わるわけではありません。

光は電磁波であり、その中には常に1つの電場とそれに直交する方向に1つの磁場が存在します。複数の電場や磁場が存在するわけではなく、光の波動が進行する中でそれぞれが相互作用しています。観測者の速度によって見え方が変わることがありますが、光の本質的な電場と磁場の数は変わりません。