質問: 「光や音などの波動が2つの媒質の境界面で屈折するとき、入射角の正弦と屈折角の正弦との比は一定である」という法則を、発見者の名前をとって何という?
回答: スネルの法則

タイトル: スネルの法則
スネルの法則(スネルのほうそく、英: Snell's law)とは、波動一般の屈折現象における二つの媒質中の進行波の伝播速度と入射角・屈折角の関係を表した法則のことである。屈折の法則(くっせつのほうそく)とも呼ばれる。この法則はホイヘンスの原理によって説明することができる。

タイトル: スネルの法則
アレクサンドリアのギリシャ人プトレマイオス は光の入射角・屈折角の関係を見出したが、角度が大きいときには不正確だった。プトレマイオスは実験に基づいた正確な法則を見つけたと確信していたが、理論に合うようにデータをごまかしていた(確証バイアス)。イブン・アル・ハイサムは著書「光学の書」(1021)で屈折の法則の発見により近づいたが、発見には至らなかった。屈折の法則は、バグダッドのイブン・サフル(Ibn Sahl)の論文"Burning Mirrors and Lenses"(984)の中で初めて正確に記述された。サフルは幾何収差のないレンズの形状を算出するためにこの法則を利用した。屈折の法則は1602年にトーマス・ハリオットによって再発見された。ハリオットはこのテーマについてケプラーと文通していたにも関わらず、この結果は出版されなかった。

タイトル: 屈折
スネルの法則は二つの媒質中を進行する波の伝播速度と、入射角・屈折角の関係を表した法則。媒質Aにおける波の速度を v A {\displaystyle v_{\mathrm {A} }} 、媒質Bにおける波の速度を v B {\displaystyle v_{\mathrm {B} }} 、媒質Aから媒質Bへの入射角(またはBからAへの屈折角)を θ A {\displaystyle \theta _{\mathrm {A} }} 、媒質Bから媒質Aへの入射角(またはAからBへの屈折角)を θ B {\displaystyle \theta _{\mathrm {B} }} とすると、以下の関係が成立する。

タイトル: スネルの法則
光波は真空中も伝わる波なので、光波においては真空に対する物質固有の相対屈折率を絶対屈折率と定義する。ここで媒質Aの絶対屈折率を n A {\displaystyle n_{\mathrm {A} }} 、媒質Bの絶対屈折率を n B {\displaystyle n_{\mathrm {B} }} 、と表すとよって以上のことをまとめてという関係が成り立つ。また、平行多重層における屈折については、媒質Xの絶対屈折率を n X {\displaystyle n_{\mathrm {X} }} と表すと、という関係が成り立ち、これは2媒質間に他媒質があった場合でもそれを無視してこの法則を用いることができることを示す。ここで注意しておきたいのは、絶対屈折率は光波についてのみの概念であるということである。(電磁波以外の波は真空中には存在しない。) また、複屈折に於ける

タイトル: 放出スペクトル
1つの例は、地球に届く光を分析して恒星の組成を同定する天体分光学である。いくつかの元素は、熱することでその放出スペクトルを裸眼でも見ることができる。例えば、白金線を硝酸ストロンチウム溶液に浸して炎の中に入れると、ストロンチウム原子は赤い色の光を放出する。同様に、銅を炎の中に入れると、炎は緑色になる。このような明確な特徴により、元素の同定が可能である。ただし、全ての放出光が裸眼で見える訳ではなく、紫外線や赤外線が含まれる場合もある。放出スペクトル分光法は、原子や分子が励起状態から低いエネルギー準位に遷移する際に放出される光子の波長を測定する分光法である。それぞれの元素は、その電子配置に従って特徴的な離散波長の光を放出し、それらを観測することで、サンプルの元素組成を同定することが出来る。放出スペクトル分光法は19世紀後半に発展し、これを理論的に説明しようとする試みは、量子力学の誕生に繋がった。

タイトル: ガリレイ変換
一般に相対性原理というとアインシュタインのものが有名であるが、相対性原理は他にもある。それはガリレイ変換と関係のあるガリレオの相対性原理である。相対性原理とはどのような慣性系においても同じ物理法則が成り立つという主張である。ガリレイの相対性原理はガリレイ変換によって変換するあらゆる慣性系において物理法則が不変であるという主張である。ニュートン力学の運動方程式(のベクトル表現)には座標の二回微分(=速度の一回微分つまり加速度。式中における a → {\displaystyle {\vec {a}}} )しかでてこないので、ガリレイ変換をしても運動方程式には影響しない。つまりガリレイ変換に対して式の形が変わらない。このようなことをさして「ニュートン力学はガリレイ変換に関して共変な理論である」という。ニュートン力学はガリレイの相対性原理の要請を満たす。

タイトル: 分散 (光学)
セルマイヤーの分散公式は、共鳴波長においては発散する。しかしその近傍以外では、正常分散と異常分散についてよい一致を示す。吸収も考慮に入れた式はヘルムホルツによって示されている。密度の高い媒質では、赤外域にあるイオン共鳴波長を考慮したセルマイヤーの分散公式が用いられる。一般に、透明な媒体は絶縁体(誘電体)である(導体だとエネルギーがジュール熱として吸収されてしまう)。このとき、媒質中の分子が電磁波の電場によって分極するという電気双極子モデルで近似できるが、共鳴波長が紫外線域にあるため、気体のような密度の低い媒質(屈折率 n ≈ 1 {\displaystyle n\approx 1} )では、可視光域では以下の式で近似できることが知られている(オーギュスタン=ルイ・コーシーにより経験的に求められたのでコーシーの分散公式という)。以下で A, B, Cなどは測定によって決まる定数である。

タイトル: ガウス曲率
微分幾何学において、曲面上のある点でのガウス曲率(ガウスきょくりつ、英: Gauss curvature又は英: Gaussian curvature)とは、与えられた点での主曲率κ1 と κ2 の積である。曲面上の距離だけに依存する量で、空間への等長的な埋め込み方法にはよらない。1827年に驚異の定理 (Theorema egregium) を発表したカール・フリードリッヒ・ガウス (Carl Friedrich Gauss) の名前に因んで名付けられた。

タイトル: 時間
ニュートン力学では、ガリレイ変換に対して空間座標と時間座標は独立であるため、時間座標(時刻)は空間座標(位置)のパラメータ(parameter, 媒介変数)として扱われる。従って、ニュートン力学の範囲では、時間は空間の一成分としては認識されず、3次元空間上で議論がなされる。ニュートン力学においては時間は全宇宙で同一とされたが、アルベルト・アインシュタインが発表した相対性理論によって、そうではないことが認識されるようになった。特殊相対性理論によれば光の速度はどの慣性系に対しても一定である。これを「光速度不変の原理」と呼ぶ。光速度不変の原理から異なる慣性系の間の時空座標の変換式が求められ、それはローレンツ変換となる。このとき、ある慣性系から見て空間上の異なる地点で同時に起きた事象は、異なる慣性系から見ると同時に起きてはいない。これを「同時性の崩れ」という。

タイトル: エアリーディスク
エアリーディスク(英: airy disc)は、光学現象である。光には波の性質があるので、円形開口を通過した光は回折して開口部から遠く離れた観察平面上に同心円状の明暗のパターンをつくる(光の干渉を参照)。均一光源から出て円形開口を通過した光は観察面上に回折パターンを生じるが、この中心には「エアリーディスク」とよばれる明るい領域があり、その周りを「エアリーパターン」と呼ばれる複数の同心円環がとりまく。ディスクと各円環は暗い同心円環に隔てられる。いずれもジョージ・ビドル・エアリーにちなんで名づけられた。このディスクの直径は光源が出す光の波長と円形開口の大きさによって異なる。カメラや望遠鏡ではこれは重要な意味をもつ。有限の直径を持つレンズを通過した光線の焦点像は厳密には点にならず、回折によってエアリーディスクの大きさの円盤になる。

タイトル: 干渉法
干渉法(かんしょうほう、英: Interferometry)は複数の波動を重ね合わせるとき、それぞれの波の位相が一致した部分では波が強め合い、位相が逆転している部分では弱めあうこと(干渉)を利用して、波長(周波数)や位相差を測定する技術のこと。この原理を利用した機器を主に干渉計(かんしょうけい、Interferometer)とよぶ。ガンマ線から可視光線、電波・音波領域に及ぶ電磁波工学の研究・製品の製造管理(および較正)・動作原理においては基礎的技術であり、この原理を利用する機器・分野は極めて多岐に渡る。

タイトル: フックの法則
x {\displaystyle {\boldsymbol {x}}} が比例限度を超えても弾性限度と呼ばれる値を超えなければ力を小さくしたとき同じ曲線を経て原点に戻る。弾性限度を超えて伸ばすと力を除いても完全には元に戻らず、塑性伸びと呼ばれる長さだけ伸びが残る。さらに x {\displaystyle {\boldsymbol {x}}} を増すと力が一定のままで伸びが継続する。このときの F {\displaystyle {\boldsymbol {F}}} の値を降伏値という。

タイトル: ゲイ＝リュサックの法則
ゲイ=リュサックの法則(英語: Gay-Lussac's law)は、気体の性質に関する法則である。フランスの化学者ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックに因んで命名された。それぞれ関連する2つの法則があるが、通常は後述の前者の方を指す。第1の法則は反応の前後の気体の体積について述べる。第2の法則は、気体の温度と体積の関係について述べ、アモントンの法則としても知られる。

タイトル: 重力
マッハの原理は、アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論により体系化された。一般相対性理論によれば、万有引力も慣性の力も等価(等価原理)であり、共に、時空の歪みによる測地線の変化である。ただ、万有引力と慣性の力とでは歪みの原因が異なるにすぎない。アインシュタイン方程式からは、時空の歪みの源は質量ではなく、エネルギーと運動量からなるエネルギー・運動量テンソルで決まることがわかる。つまり、質量(エネルギーに比例)だけでなく運動量も時空を歪め、重力を生む。質量は引力を生むのに対し、運動量が生む重力は、引力でも斥力でもない慣性系の引きずりという形を取る。慣性系の引きずりは自転するブラックホールであるカー・ブラックホールで顕著である。

タイトル: スピード測定器
測定する物体に向けて電波を照射し、物体による反射波を測定する。物体が運動している時はドップラー効果によって反射波の周波数が変化するため、これと発射波の周波数を比較することにより、運動の速さを算出する。電波を利用して測定するため、対象物の運動が光速を超えない限り、理論的には計測が可能である。

タイトル: コールラウシュの法則
コールラウシュの法則(コールラウシュのほうそく、Kohlrausch's law)はフリードリッヒ・コールラウシュによって発見されたイオンによる電気伝導に関する以下の2つの法則を指す。

タイトル: ヨハン・フォン・ゾルトナー
これらの値はアルベルト・アインシュタインは一般相対性理論を使って、光が天体の重力によって曲げられる角度は万有引力の法則で得られる角度の2倍であることを示し、これが観測によって確認された。ゾルトナーの墓はボーゲンハウゼン墓地にある。

タイトル: 特殊相対性理論
真空の誘電率、透磁率をそれぞれ ε0, μ0 とすると、マクスウェル方程式により導かれる電磁波の速度 1 / √μ0ε0 が真空中の光速度と一致する事が実験・観測により確かめられたので、光の正体は電磁波であると考えられるようになった。この事実から、さらに電場 E = (Ex, Ey, Ez) と磁束密度 B = (Bx, By, Bz) を用いて電磁テンソルを電磁場を別の慣性系から見た場合、電場と磁束密度がそれぞれ E′ = (E′x, E′y, E′z) と B′ = (B′x, B′y, B′z) であったとし、これらから作った電磁テンソルを F′ とする。F′ と F がローレンツ・ブースト(L4)式で移りあう為の必要十分条件は、が成立する事である事を簡単な計算で確認できる。ここで v は2つの慣性系の間の相対速度で、γ = 1 / √1 − (|v|/c) はローレンツ因子である。

タイトル: 反射率
ある面に入射する光束を Φ {\displaystyle {\Phi }} 、この面で反射する光束を Φ r {\displaystyle {\Phi }_{r}} とすると反射率Rは下の式で示される。R = Φ r Φ {\displaystyle R={\frac {{\Phi }_{r}}{\Phi }}}また、媒質の屈折率を n 0 {\displaystyle n_{0}} 、反射する面の屈折率を n 1 {\displaystyle n_{1}} とすると、光がその面に対して垂直に入射 するときの反射率Rは下の式で示される。R = ( n 0 − n 1 ) 2 ( n 0 + n 1 ) 2 {\displaystyle R={\frac {(n_{0}-n_{1})^{2}}{(n_{0}+n_{1})^{2}}}}

タイトル: 光電子
物質(金属など)の表面に充分に振動数の大きな光が入射すると、そのエネルギーによって物質内の電子が外部に飛び出す(外部光電効果)。一般に光電子と言う場合、この現象によって外部に飛び出した電子を指す場合が多い。この光電子1個1個を捉えて増幅するのが高感度光センサの光電子増倍管である。また光電子の持つエネルギーは物質の表面状態や内部のバンド構造などを反映するため、光電子分光法などを用いた分析にも応用される。半導体や絶縁体に充分に振動数の大きな光を照射すると、物質内部の電子が光子のエネルギーを吸収し、価電子帯などから固体内部の伝導帯に励起される(内部光電効果)。この伝導(光伝導)に寄与するようになった伝導電子もやはり光電子と呼ぶ。 光電子による物質の電気伝導度の変化を応用したものが光導電セルである。

タイトル: レイリー・ジーンズの法則
溶鉱炉で熱した鉄が光を放射するように、物質を高温にしていくと物質原子から電磁波の熱輻射が生じる。逆に輻射された電磁波(輻射場)を受けた物質は、電磁波を吸収し、エネルギーは物質原子の熱運動に変わる。キルヒホッフの法則によれば、輻射場と熱平衡状態にある物質の輻射能と吸収能の比は、物質によらず、振動数と温度のみに依存する普遍的な関数となる。これは特に黒体輻射の場合と一致する。また、この関数は分光放射輝度であり、輻射場のエネルギー密度に比例する。黒体はすべての振動数の電磁波を完全に吸収する理想的な物体であるが、黒体輻射は空洞炉内での熱輻射(空洞輻射)の形で実現できる。空洞炉内で輻射場は壁の物質からの放射と吸収を通じて、熱平衡状態になる。

タイトル: ランベルト・ベールの法則
今、二つの固有状態(a、b;エネルギーはそれぞれ E a , E b {\displaystyle {E_{a}},{E_{b}}} であり E a < E b {\displaystyle {E_{a}}<{E_{b}}} とする)のみをもつ分子を考える、それぞれの状態に単位体積あたり N a , N b {\displaystyle {N_{a}},{N_{b}}} 個の分子が存在すると考えると、この系に光が入射したとき、 N b {\displaystyle {N_{b}}} の時間変化は媒質中の分光放射照度 ρ = I / c {\displaystyle {\rho }=I/c} (ここで、 c {\displaystyle c} は光速)を用いて

タイトル: エーレンフェストの定理
エーレンフェストの定理(エーレンフェストのていり、英: Ehrenfest's theorem)は、量子力学における重要な定理のひとつで、大まかにいえば『シュレーディンガー方程式の期待値を取ることで古典力学における運動方程式(に大変よく似たもの)が得られる』ことを主張している。この定理はオランダの物理学者ポール・エーレンフェストにより提唱され、量子力学と古典力学の対応を論じるときによく用いられる。

タイトル: アルベルト・アインシュタイン
アルベルト・アインシュタイン(独: Albert Einstein、1879年3月14日 - 1955年4月18日)は、ドイツ生まれの理論物理学者である。ユダヤ人。スイス連邦工科大学チューリッヒ校卒業。特殊相対性理論および一般相対性理論、相対性宇宙論、ブラウン運動の起源を説明する揺動散逸定理、光量子仮説による光の粒子と波動の二重性、アインシュタインの固体比熱理論、零点エネルギー、半古典型のシュレディンガー方程式、ボース=アインシュタイン凝縮などを提唱した業績で知られる。当時は"無名の特許局員"が提唱したものとして全く理解を得られなかったが、著名人のマックス・プランクが支持を表明したことにより、次第に物理学界に受け入れられるようになった。それまでの物理学の認識を根本から変え、「20世紀最高の物理学者」とも評される。

タイトル: イブン・ハイサム
『光学の書』には、実験の結果の記載はなく、理論で用いている関係式や数値は、プトレマイオス『光学』の屈折についての数表と整合的である。ただし、プトレマイオスの実験が本質的に視線の屈折を対象にしているのに対して、イブン・ハイサムは光線の入射角や屈折角の直接の計測を意図している点は新しい。なお、プトレマイオスの数表は現代の屈折の理論の良好な近似になっており、イブン・ハイサムの用いた関係式や結論も概ね正しい。また、イブン・ハイサムの屈折光学は、近代以前に於いては突出していることは事実である。古代でも中世でも、彼以前は、イブン・サフル(英語版)を例外として、プトレマイオス『光学』はあまり用いられず、屈折と反射の概念上の区別すら曖昧で、混乱した記述が多くなされていた。彼の『光学の書』は、屈折光学の信頼できる希少な典拠であった。