電磁波が真空でも伝わる理由

「どうして電磁波は真空でも伝わるの？」

音は、空気がないと届きませんよね。
太鼓の音も、声も、空気という“揺れる相手”がいないと進めません。

ところが一方で、 電磁波は、何もないはずの宇宙空間でもスイスイ進んできます。
太陽の光が地球まで届くのも、人工衛星と通信できるのも、ぜんぶこの性質のおかげ。

よく考えると、これ、かなり不思議だと思いませんか？

電磁波は「何かを揺らして進む波」ではなく、自分自身の変化で進んでいく波。
ここが、音との決定的な違いです。

音は「空気を揺らす波」。
でも電磁波は、 電気と磁気が交互に生まれては消える、その変化そのものが波。
だから、空気がなくても止まりません。
相手がいなくても、自走できるんです。

このページでは、そんな電磁波のちょっと不思議で、でも理にかなった性質について──

1. 電磁波が真空でも伝わる理由
2. 「真空で伝わりやすい」を活かした技術
3. 逆に空気が妨害してくれなきゃ困る電磁波たち

──この3つの視点から、順番にほどいていこうと思います。

難しそうに見えるテーマですが、一度仕組みが見えると「なるほど！」の連続です。
肩の力を抜いて、ついてきてくださいね。

音はダメでなぜ電磁波は伝わる？

電場と磁場が直交して進む電磁波
電気と磁気の変化が連動し、光速で空間へ伝わる波を示す。
電磁波は物質を媒介にしていない為、真空でも伝わる。
出典：『Electromagnetic wave EN』-Photo by Piotr Fita／Wikimedia Commons CC0 1.0

音波も電磁波も、どちらも目には見えない「波」です。
でもこの2つ、仕組みをよく見ると決定的な違いがあります。

まず音。
音は、空気や水といった「物質」が揺れることで伝わる波です。
声も、音楽も、雷の音も、すべて周囲の空気がブルブル震えることで、耳まで届いています。

水面に広がる波や、地震で地面を伝わる揺れと同じ仲間。
音は、機械波と呼ばれる種類なんですね。

だからこそ、空気がなければ振動できない。
振動できなければ、音は進めない。
宇宙空間で声が聞こえない理由は、ここにあります。

電磁波は物質を媒体にしていないから

一方で、電磁波はまったく別物です。
電磁波の正体は、「電場」と「磁場」のふるえ。

電磁波は、物質ではなく“空間そのものの性質”を使って進む波。
ここが、音との最大の違いです。

電磁波は、空気を揺らして進むわけではありません。
水も、地面も、実は何ひとつ必要としていないんです。

つまり整理すると──

• 音：空気などの媒質がないと進めない
• 電磁波：媒質がなくても空間そのものを使って進める

という、かなりはっきりした違いがあります。

電場と磁場の二人三脚だから

では、なぜ電磁波は空っぽの空間でも進めるのでしょうか。
その秘密が、電場と磁場の“助け合い構造”にあります。

電磁波は、電場と磁場がお互いを生み出しあいながら進む波です。

流れとしては、こんな感じ。

1. 電場が変化すると、磁場が生まれる
2. 磁場が変化すると、電場が生まれる
3. この連鎖が続き、波として前へ進む

どちらか一方が消えたら止まる。
でも、 2つがそろっていれば、自分たちだけで進める。

だから

空気がなくても
水がなくても
真空の宇宙でも

電磁波は問題なく伝わっていきます。

お互いがいれば、他には何もいらない。
前に進む力は、すでに自分たちの中にある。
そんな二人三脚の関係だからこそ、電磁波はどこへでも届くんです。

「真空で伝わりやすい」を活かした技術

シャトルから撮影されたハッブル宇宙望遠鏡
宇宙空間では電磁波が散乱・吸収されにくく、微かな光を遠方から受け取りやすい。
大気の影響を避けることで、紫外線など地上では観測しにくい波長も捉えられる。
出典：『Hubble telescope 2009』-Photo by NASA／Wikimedia Commons Public domain

しかも電磁波、ただ真空でも進めるだけじゃありません。
むしろ真空中のほうが、速く・安定して伝わるという、ちょっとズルい性質を持っています。

たとえば光（可視光）。
これも立派な電磁波の一種ですが、 光の速さが最速になるのは真空中です。
何にも邪魔されないので、 秒速およそ30万kmというとんでもないスピードで進みます。

電磁波は、余計なものがないほど本来の性能を発揮する。
これが、真空が重宝される理由です。

逆に、ガラスや水、空気の中を通ると、分子にぶつかったり影響を受けたりして、どうしてもスピードは少し落ちてしまいます。

だからこそ、「正確に」「きれいに」「ムダなく」
電磁波を扱いたい場面では、 真空という環境が選ばれてきました。

その性質が活かされている技術を、いくつか見てみましょう。

宇宙望遠鏡

宇宙望遠鏡が宇宙空間に置かれる理由、実はここにあります。

地球の大気は、光や赤外線、紫外線を少しずつ吸収したり、曲げたりします。
でも宇宙空間は、ほぼ真空。 天体から届く電磁波を、ほぼそのまま受け取れるんです。

だから、地上では見えない遠方の星や銀河の姿が、くっきり観測できるわけですね。

粒子加速器のビームライン

粒子加速器では、電子などの粒子をものすごい速さまで加速します。

このとき、空気があると粒子がぶつかってエネルギーを失ってしまう。
そこで使われるのが、真空の通路（ビームライン）です。

余計な衝突を避けることで、電磁場による制御を、より正確に行えるようになります。

電子管・マイクロ波管

レーダーや送信装置に使われてきた
電子管やマイクロ波管の内部も、実は真空です。

電子は、空気中では自由に飛べません。
でも真空なら、電磁場に引っ張られてスムーズに動ける。

この性質を利用して、 電磁波を効率よく発生・増幅してきたわけです。

自由電子レーザー（FEL）

少しマニアックですが、自由電子レーザー（FEL）も真空が前提の技術です。

電子を真空中で高速に走らせ、特殊な磁場で揺らすことで、非常に強力で波長のそろった光を生み出します。

ここでも、空気は完全にお邪魔者。 真空だからこそ成立する最先端技術です。

昔のテレビ（ブラウン管）

ちょっと身近な例もあります。
昔のブラウン管テレビです。

ブラウン管の中身は、実は大きな真空の箱。
電子を飛ばして画面に当て、映像を描いていました。

あの分厚いガラスの中で、電磁現象が正確にコントロールされていたんですね。

これらの技術に共通する考え方は、とてもシンプルです。 電磁現象を正確に扱いたいとき、余計な物質は「ノイズ」になる。

だから、

• 観測したい
• 制御したい
• 効率を上げたい

──そんな場面では、「じゃあ、空気を抜こう」という判断が、いちばん合理的になるわけです。

真空は特別な環境ではなく、 電磁波の実力を引き出すための舞台装置。
そう考えると、ちょっと見え方が変わってきますよね。

空気が妨害してくれる電磁波たち

「大気の窓」の図
宇宙から届く電磁波が、波長ごとに大気で吸収される度合いを示す。
ガンマ線やX線や紫外線は強く遮られ、可視光や一部の電波が通りやすい。
出典：『Atmospheric electromagnetic opacity』-Photo by NASA; SVG by Mysid／Modifications made by ぷんすけ／Wikimedia Commons Public domain

ここまで読むと、「電磁波の邪魔をする空気って、ちょっと厄介じゃない？」
そんなふうに感じたかもしれません。

でも実は、 空気が電磁波を妨害してくれるおかげで、私たちは安全に暮らせている。
──これ、かなり大事なポイントなんです。

空気は、電磁波の“邪魔者”であると同時に、命を守るフィルターでもある。
速さや効率だけを見れば不利でも、生き物にとっては、ありがたい働きのほうが圧倒的に多いんですね。

その代表例を、順番に見てみましょう。

地球に届く強烈な紫外線・宇宙線

もし地球に、空気がほとんどなかったとしたらどうなるか。

太陽から届く強烈な紫外線や、宇宙の彼方から飛んでくる宇宙線が、ほぼ無防備な状態で地表に降り注ぎます。

でも実際には、大気がそれらを吸収・減衰してくれている。
だから、生物は地表で生きていけるわけです。

皮膚が焼けるどころか、DNAが壊されるレベルの放射が、空気というクッションで弱められている。
これはもう、 邪魔者というより守護神ですね。

赤外線の一部

もうひとつ大事なのが、赤外線との関係です。

赤外線は、いわば「熱の正体」。
地球が受け取った熱は、赤外線として宇宙へ逃げていこうとします。

ここで活躍するのが大気。
空気中の成分が、 赤外線の一部を吸収・再放射することで、地球の熱がほどよく保たれます。

その結果、昼と夜で極端な寒暖差にならず、 生物が暮らしやすい温度帯が維持されているんです。

まとめると、空気は電磁波の伝わりやすさを下げる一方で、 生存に都合のいいフィルターとしても働いています。

• 速さや効率だけを取れば邪魔。
• でも安全や安定を考えれば必須。

空気は、そんな二面性を持った、とても重要な存在なんですね。