当分の間、電気関連のネタでいく。現在、交流について勉強中。今回は『交流』と『電磁波』の関連性について考えてみる。今回の記事の取っ掛かりは、
電波(電磁波)も交流の一種と捉える事ができる。…から始まった。
今回の内容：
- A：電波は高周波
- B：周波数別・交流の名称
- C：『交流の向き』と『電波の向き』の違い
- D：電磁波の初期位相の違いが引力・斥力を生み出すらしい(?)
- E：引力をもたらす波
- F：斥力をもたらす波
- G：以前に書いた重力波について少々修正したい…
A：電波は高周波
家庭に送られてくる電気は交流だが、電波(電磁波)も交流の一種と捉える事ができる。で、交流の周波数を数千kHz程度にまで高めたものを『高周波』と呼ぶ。
ちなみに、この高周波信号を音声信号に変換したものを『超音波』と呼んでいる(人には聞こえない音)。音は縦波だが電波は横波。周波数を高めてやればどっちも高周波だ。
交流の周波数を高くして高周波にしていくと、交流電流の周囲に発生する電界と磁界が空気中を伝わって行くという現象が起こる。これが『電波』。で、一般には 30 kHz～30 GHzぐらいの交流を電波(法律上の定義?)と呼んでいるらしい。
B：周波数別・交流の名称：
| 周波数 | 名称 | 用途 |
|---|---|---|
| 50Hz ～60Hz | 商用周波数 | 電力 |
| 20Hz ～20kHz | 可聴周波数帯域 | 電話等 |
| 30kHz～30GHz | 電波 | 通信・放送等 |
表では『交流』として一括りにしているが、それは『電気』に着目した見方であり、人が利用できる形態に沿った見方に過ぎない。『電波』という用語も電磁波の略に過ぎない。電磁波とは、電界と磁界が空気中を伝わっていくもの。
地デジ放送が開始になって『電波法』も改正されたので、上記の情報は古くなっているかもしれないが、そもそも周波数帯域は自然の理(ことわり)。そこは変わらないので気にしない…
ちなみに、アナログ電話(昔の固定電話)は 300～3400Hz の範囲しか対応していない。そのため電子音などが受話器からは聞こえない場合があった。逆に、地声が低いバリトン系の男性の声が妙に甲高く聞こえるのも、300Hz 以下の声紋成分がカットされるためだ。
昔のAMラジオもそんな感じだった。ただ、これは『AM変調』に問題があるのではなく、ハード側(ラジオ受信機)の性能に問題があったと思う。AM変調自体は 50Hz～7500Hz の音声に対応できたので、電話ほど酷くはない筈なので。
音波は、色々な『倍音成分』が重なり合って固有の音色を作っている。その中で一番周波数が低い成分を『基本波』と呼ぶ。昔の電話は、音色のベースとなるべき基本波が抜け落ちていた…
余談をもうひとつ。最近の、特にデジタル家電は、交流周波数を厳密な『50/60Hz 正弦波』にしなくても動作するものが増えているようだ。
そのため直流バッテリー電源から交流に変換する廉価版の『インバーター』などは、間を取って『55Hz・方形波(矩形波)』を出力するものもある。ただし、正弦波交流でなければ機能しない製品(特にアナログ家電)もあるので、廉価版インバーターを使う際は注意が必要だと感じる。
この表からも分かるように、交流を『電気信号』と捉える事で、その信号を周波数変換して電力・音声・電波として幅広く利用している。電気製品のほとんどは直流稼働だが、それでも電力会社が交流で供給しているのは、『変圧』以外にも多くの利点があるからだと理解できると思う。
ただし、だからと言ってこの記事が『電力会社側の言い分を正当化する企業ロジック』に利用されるのは真っ平御免だ。『交流の利点』を、個人がもっと積極的に活用すべきだと自分は言いたい。企業の集金システムから『交流』を開放すべきだと言いたい。
C：『交流の向き』と『電波の向き』の違い
交流の電圧・電流には『プラス・マイナス』という向きがあるが、これは導線中の電荷が行ったり来たりを繰り返す事で決まる。行ったり来たりする理由は電位差が交互に反転するため。その反転は交流発電機のコイルと磁石の相対的な向きが変わる事で磁界・電界が相互に変化を繰り返すために起こる。
一方の電波は、進行の向きが変わるのではなく、平面空間を振動させながら直進する。それは平面空間が無振動の状態をゼロ、上に振動したらプラス、下に振動したらマイナスというように『電流の進行の向き』が『空間の振動の向き』に変換されて伝わる。
電荷・電流の『移動する向き＋交流周波数』が、空間の『振動する向き＋振動周波数』に変換されて放射される…これが電波だと考える。そして交流電力の周波数は、電波の周波数にもそのまま継承される性質を持つらしい。
電波の振動自体にプラス・マイナスという向きは無いように見える。ただ空間を振動させながら伝わるだけに見える。だから電波の振動は交流と呼ぶよりも『信号』と呼ぶ方が適切と感じる。
今までは『電波』と書いてきたが、以降は『電磁波』と呼ぶ。
D：電磁波の初期位相の違いが引力・斥力を生み出すらしい(?)
しかし、電磁波には『初期位相の違い』があると思う。初期位相の違う電磁波が出会うと、それは『電磁気力の引力』として現れ、初期位相が同じ電磁波が出会うと『斥力』が働くと考える。
これはたぶん、水面波でも精密な実験で確認できると自分は思っている。日常的に当たり前だと思って見過ごしている現象の裏にこそ、トンデモナイ真理が潜んでいると。
E：引力をもたらす波
位相の異なる波を発生させるために、片方(潜水艦のつもり)は空中から落下させ、もう片方は水中から浮上させる。膨らんだ波をプラス、凹んだ波をマイナスに例えると分かり易いと思う。
位相が半周期ズレた進行波をぶつけると、相殺されて波が消える(波の干渉)。これは『磁力線が縮んで曲線から直線に変わる現象(＝引力が働く)』と本質的に同じだと考える。中心地点(2点間の波の交点)だけ波が消えるというのは、見た目でもアンバランスな感じがする。自然界はバランスを保つ方向に自然に動くでしょ。
これが 3次元空間に『引力』をもたらすと考える。だから、もしかすると、ノイズキャンセラーは引力発生装置かも…なんてね。水面波や音波が伝わる速度は非常に遅いけど、それでも波動は『力』を伝える。だから引力は働いていると考える(ただし微力過ぎて気付けないと考える)。
まず興味深いと思ったのは、波の先頭を見ると明らかに『進行波』なのに、波源の船の動きは『定常波』のように見える事。船は定常波の腹に相当する場所で上下運動を繰り返す。そもそも、波源が振動しないと波は発生できない訳だ。
これは両端が固定された弦の振動とも違うし、笛などの気柱の開管・閉管の定常波とも違う気がする。波源が同時に2か所あると、2点間には自然と定常波のような性質が現れるのか、どうなのか。日常で目にする常識に囚われない事が重要だと思った。
要するに定常波は最初から定常波なのではなく、波の反射や引力・斥力などの『微調整プロセス』を経て、自然に定常波に収束する。それが波の特性と考えるべきだと感じた。しかも波の性質だけが微調整プロセスを働かせるのではなく、空間(波の媒質)も時間も伸縮する。全てが同時に相対的に動く…
最初、波源だった潜水艦は『定常波の腹』のような部分で上下運動するだけだったが、引力が働くと波からずれた位置に移動する。実際は巨大な船が引力で動くのは非現実的だが、これを電磁波に例えると、その波源は物質に閉じ込められた『小さな電荷』を意味する。
電荷から放射された『光子』によって電磁波は発生する。波源が動いても電子が出す電磁波の初期位相は常にマイナス、陽子が出す波の初期位相は常にプラスとなる。そして電磁波は常に光速(相対速度も光速)。それらを踏まえると、波源が多少動いても波長・周波数(波の間隔)は変わらないと想像した(?)。
ここで点いた疑問符(?)は、次の『同位相の波の干渉』で、再度考え直すつもりでいる。ここで別の疑問を思い浮かべた読者もいると思う。それは、
「2点間の中央で波が消えたら、光が届かないのでは?」という疑問だ。
波が消えても光は届く。波が消えたのは『空間の歪み』が消えただけ。光というエネルギーの実体は『光子という粒子』によって運ばれると考えるからだ。その証拠が、いったん消えた波が中央を過ぎると再び復活する事。つまり、波が消えても光子は消えない。
そして電磁波という波は、引力・斥力という『力』を 3次元空間に生み出し、遠方まで伝える役目を担う。一方、光エネルギーを伝達するのは波ではなく『光子』という素粒子の方にある、と。
そしてもう一つ。ここで言う引力・斥力とは『クーロン力と磁力』がもたらす『電磁気力』という力であり、そこに『電界(クーロン力)と磁界(磁力)』という空間的概念が加わり、さらにその源は『電子と陽子』という事だ。
特に電子は、単なる荷電粒子ではなく『磁力粒子(?)』という属性まで持っている。そしてこれらの力を平面空間を介して伝えているのが『光子』であり、光子が平面空間を波立てる『電磁波』を生み出すと考える。
ちょっと言い方を変えると、電磁波とは立体空間の隙間(平面空間)を縫って進む波で、それが遠方で力となって現れる。で、電界と磁界は、平面空間と立体空間の境界で『力の振動』となって表れる『波』ではないかと。
既に前回書いた通り、電界と磁界は電磁波ではないが『波』として実在し、さらに磁界は空間を歪めたまま静止する『振動しない波』を作る事もある。永久磁石の磁力線がそれに該当する。
で、それらは『電磁波のなり損ね』だと結論付けしている。さらに『成れの果て』でもあると考えている。電界と磁界は統合して電磁波にもなるし、逆に電磁波が電界と磁界に分離する事もできると。
電流によって生じる回転磁界は電磁波ではない波の実例だと言える。この波は交流周波数を高めると初めて電磁波になれる。静止している電荷は磁界を出せない。だからその電荷は電磁波を出せない。でも引力・斥力を決める波を放射している。これが電界の実例だと考える。
全ての物質は固有の熱を放射する(黒体放射)。その源は光子。だから全ての物質は電磁波を出す…と考えるのは早合点だった。電磁波とは『周波数』という周期性がある波を指す。そこで、ランダムに放射されている光子は電磁波にはならないと考えればいい。
黒体放射が電磁波にならない理由は、ビッグバンで作られた光子が今も無秩序に飛び交って物質に吸収されていて、それがそのまま熱放射に使われているからだと自分は考えている。
宇宙にはオブジェクト指向的なスレッド構造があるように見える。宇宙の力のスレッド構造をどう捉えるかによって、力(F)との向き合い方も変わってくると感じている。
また、波は距離の 2乗に比例して弱まるが、それは当ブログで何度も説明しているので、ここでは省略。距離が近づくほど引力が強まり加速度が増すのも、その裏返しに過ぎない。
さらに、水面の波は常に重力の影響を受けるので、弱まってすぐに消えてしまう。そこが電磁波のように持続できない理由になると思う。電磁波は重力の影響で進路が曲がる事はあるが、電磁波が重力の影響で減速する事は絶対に無い(常に光速で波長も一定…宇宙の膨張を無視すれば)。
ついでに、極端に波長の長い『津波』が強力な力を及ぼすのは、波長のエネルギー強度は関係なく、水の質量が大量に移動するため。
F：斥力をもたらす波
逆に、同じ位相の波をぶつけると増幅されて三角波(さんかくなみ)ができる。その後は何事もなかったかのように波はすり抜けていく。が、これは波が反射して元に戻っているようにも見える。
自分はここに『電磁波同士の相対速度は常に光速』のヒントがあるような気がしてならない。2つの電磁波が交差する交点は、2点間のちょうど中間地点になる。近づく2つの電磁波の相対速度が『光速の2倍』にはならない理由のヒントね。
行く波も来る波も、どちらも同じ速さ(光速)なので、ぶつかった後の波が反射したのかすり抜けたのか、我々にはそれを区別する術がない(波長が違えば区別できると思うが…)。
要するに『中間地点に出来た三角波』…これが新たな波源になり、波の広がりとともに端っこの物質を外へ押し出している…そんな風にも見える。その結果、2点間で結ばれた1本の波は、常に『定常波』へ収束しようとする。
同符号の電気力線は交わらない。同極の磁力線も交わらない。それらを視覚化した姿が、実はこれ(三角波)ではないのか。2次元・3次元の『空間』には波の進行を阻害する『物質的障害物』が存在しないので『交わらない状態』が視覚化できないのではないかと考えてみた。
で、これを『反発する磁力線』と本質的に同じだと推測…という事にして、これが 3次元空間に『斥力』をもたらすと考えてみる。
この波の現象は『電磁波』でも同じ事が言えると考える。つまり『＋電荷』と『－電荷』は初期位相の異なる電磁波を放射する事で、相互の電磁波が出会った後に『引力と斥力のどっちが働くかが決まる』と考える。
電荷が放射する光子は、ただのエネルギー実体で『＋・－』といった属性はない筈なのに、それを受け取る側には『＋・－・引力・斥力』という違いが明確に生じる。その理由を、電荷の性質が『初期位相』として電磁波に情報として継承されるからだ、としたのが今回の記事の根幹になっている。
そして電磁波によって伝わる引力・斥力こそ電荷を動かす『電界の源』の筈だ。電荷が動けば電流が生じる。だから電波は元の交流電流に再変換できる。
電磁波には正負の違いを区別する目印が『初期位相の違い』として備わっていると考えるのは自然な発想だと思う。エネルギーは形を変えて変換できる訳だし。だから電波を交流と呼ぶ事もあるし、逆に交流波形を『交流信号』などと表現する事もある。
電磁波の発信源には交流電流＝変化する磁界・電界(動く電荷)がある。そして電磁波には初期位相があり、それがプラス・マイナスというベクトル(向き)を決め、2つの波(平面波)が出会った後の立体空間に引力・斥力をもたらす。そこには『電磁波同士の相対速度は常に光速』という不思議な性質も関わってくる。
これが『＋・－』という符号がある電荷が発信源の場合の『引力・斥力』が働く仕組みだと考える。横波には初期位相の違いにより、＋、－のような 2つの状態が出来る。これが引力・斥力という 2つの力をもたらすと考える。この説明は分かり易く矛盾もないと思う。
G：以前に書いた重力波について少々修正したい…
そうなると、符号の無い重力に引力しか働かない理由の方が、またちょっと怪しくなってきた気がする。おさらいしておこう。重力波を縦波だと仮定すると、2つの波は必ず最初に『密波』同士がぶつかる。つまり初期位相が常に密波に決まっている。で、重力が 1つの力(引力)しか持っていない理由をそこに求めた。
電磁気力だと、これは『同位相』なので斥力を意味するが、重力波の場合は斥力ではなく『動きにくさ』が強まると説明した(その根拠がヒッグス粒子だと)。で、物質は『疎波』で歪んだ空間に引っ張られて動く。疎波は『動きにくさが弱まる』ので、これが引力になると説明した。
そして重力では逆位相は起こらないと仮説を立てた。逆位相が起こると『斥力』が働いてしまうからだと。ここまでは良いと思う。問題は逆位相が起こらない理由付けのうちの 1つだ。
確か、昔の記事では重力波について『2つの波は必ず定常波になって繋がる』という仮説を立てたような気がする。そうなる理由は『時空間の方がそうなるように伸び縮みする』からだと。うーむ。ここが不安なところ。自分の中では確信があるんだけど、上手く説明できない…
縦波の初期位相は常に密波であり、2つの波は必ず密波同士がぶつかり、その部分の『動きにくさ』が最大になる。と同時に隣にある疎波も最大になり、その部分の『動き易さ』も最大になる。
で、縦波は玉突きしながら伝わるので、疎波は物質の隣まで到達し、その時に物質が歪んだ空間の窪みに転げ落ちる。これが引力だと。定常波や空間の伸縮で説明するよりも、こっちの方が分かり易いと思った。要は『時空間の伸縮が密波・疎波と同期している』が証明できればいいのだが、今は正直よく分からん…
縦波の初期位相が密波である事は音波でも変わらないと確信するが、音を出すタイミングをずらせば、半周期ずれた波を干渉させるノイズキャンセリングが可能だった。
しかし重力波は、質量がある限り常に放射し続けるので放射のタイミングをずらす事が不可能(重力波は止められない)。だから重力波の逆位相を意図的にぶつける事も不可能。やっぱりこっちの説明の方が、今は自然な気がする。
まとめ：
・電荷・電流の移動する向きが変わると磁界・電界も変化する。
・その磁界・電界の変化が空間を横波振動させる。
・空間の横波振動が電波となって伝わる(放射される)。
・電波は電磁波の一種(周波数が低めの電磁波を指す)。
・電磁波の初期位相の違いが引力・斥力の根源っぽい。
今回は『交流』を発端にして、電波・初期位相を切り口に『引力・斥力』まで発展させてみた。今後は、本丸と言える『電磁波同士の相対速度は常に光速』をテーマにして引力・斥力の本質に迫っていきたいが、まだ時期尚早かも…
今回の記事では『光速と伸び縮みする時空間』を取り入れた説明がちゃんと出来ていない。だが、波動が力を及ぼす仕組みを、ちょっとは垣間見た気がする。
それと同時に…
今回は『電磁波の引力・斥力』と書いたが、正確には『電界の力』かもしれない。そう思うようになった。まだ結論の出ていない科学の領域なので、心情は大きく揺れ動く…
