キヤノンサイエンスラボ

光速は、常に一定。これが、等速運動についての『特殊相対性理論』の基礎となっています（『一般相対性理論』は加速度運動についての相対論です）。この「光速度不変の原理」により、光速は、長さや時間の“究極の”基準として使われるようになりました。特殊相対性理論では、エネルギー（E）と質量（m）の同等性も発見され、E＝mc²という公式もみちびかれています。光速cの「秒速2.99792458×10⁸m」とは、秒速29万9792.458kmになります。

長さの基礎単位は1mです。長さの単位の基準は、昔は人の歩幅や腕の長さで規定されていました。科学技術が進歩するに連れて正確な長さの単位が必要となり、1799年にはフランスで地球の大きさに基づいて定義されました。そこで、北極から赤道までの距離の1000万分の1を「1メートル」としたのです。これが「標準メートル」です。

光が、長さや時間の基準になっていることがわかると、気になるのは光自身が重さをもっているのかということです。光は、波であると同時に粒子でもありますが、その粒子、光子（フォトン）の重さはどのくらいなのでしょうか。結論からいうと、光子は質量をもちません。光子は、質量ゼロ、電荷をもたず、スピン（自転）の値が1という粒子なのです。光子は、重さがないので遠くへ飛びます。また、量子力学では、光子は電磁力の仲立ちをすると考えられています。そんな光子ですが、特殊な例としては、「エバネッセント光」（光のしずく）の場合、極小の物体にまとわりつき、質量があるかのような振る舞いをすることがあります。

1900年、プランク（ドイツの物理学者・1858-1947）は、振動している電子は飛び飛びのエネルギーをもつ電磁波を放出するという説を発表しました。それまでは連結的に電磁波のエネルギーは変化し、無限に小さく分割できると考えられていたのです。プランクによると、振動数に比例したエネルギーが放出されます。この比例定数6.62607015×10^-34が「プランクの定数」（h）と呼ばれるもので、（振動数）×（プランクの定数）は、「エネルギー量子」と名付けられました。