波長：波の周期的形状が繰り返される距離

主な性質

波長は、振動の高さである振幅や、1周期内での相対的な位置を表す位相とは異なる量である。密接に関連する量として、1周期に要する時間である周期、波数k = 2π/λ、ならびに分散性媒質における位相速度と群速度の区別がある。量子論の文脈では、粒子のド・ブロイ波長が運動量と波動的性質を結び付ける。

波の記述方法

多くの複雑な波形は、より単純な正弦波成分へと分解できる。純粋な正弦波は単一の波長と周波数によって特徴付けられ、より複雑な形状は、異なる波長と振幅をもつ正弦波を加え合わせることで作られる。基本的な正弦波については正弦波を、波一般の概念については波を、これらの成分を抽出する数学的手法についてはフーリエ解析を参照。

例と尺度

• 可視光の波長はおよそ数百ナノメートルの範囲にあり、紫色の光は短く、赤色の光は長い。
• 電波の波長はメートルからキロメートルに及び、マイクロ波と赤外線はその中間の範囲を占める。
• 日常的な周波数の空気中の音は、音の高さに応じてミリメートルからメートルの波長をもつ。

歴史と重要性

波長の概念は、科学者が干渉と回折を研究する過程で生まれた。波面が重なったときに生じるこれらのパターンは、波長に結び付いた特徴的な間隔を示す。波長の理解は、光学、電磁気学、そして後の量子力学の発展に不可欠だった。電気通信、分光法、画像化、音響学といった実用技術は、波長の制御または測定に依存している。

区別と注目すべき事項

波長は空間的な尺度であり、時間的な量である周期と混同してはならない。波の速度が周波数に依存する物質、すなわち分散がある媒質では、異なるスペクトル成分が異なる速度で伝わる。このため、波束の群速度は位相速度と異なる場合がある。波長は回折や分解能などの現象の尺度も定める。一般に、波長よりはるかに小さい特徴は、波を用いる探査手段では検出が困難である。