身近な疑問：雷はなぜ光ってから音が聞こえるのか？

雷が光ってから音が聞こえるのは、光と音の速度が圧倒的に異なるためです。光は電磁波として真空中を約30万km/秒で進むのに対し、音は空気の振動として約340m/秒で伝わるため、同じ場所で発生しても私たちの耳に届くまでに時間差が生じるのです。

夏の夕立や嵐の際に、遠くで稲妻が光った数秒後にゴロゴロという雷鳴が聞こえる経験は、多くの人にあるのではないでしょうか。光と音が同じ場所で発生しているはずなのに、なぜこのように時間差が生じるのでしょうか。この現象の裏には、物理学の基本的な原理が隠されています。

雷の光と音の時間差は、文字通り「光の速さ」と「音の速さ」が全く異なることによるものです。この速度差が、私たちが光を見てから音を聞くまでの「間」を生み出しています。

光の速さ（光速）
光は電磁波の一種で、真空中を秒速約299,792,458メートル、およそ秒速30万キロメートルという驚異的な速さで進みます。地球上でも空気中をほとんどこの速さで駆け抜けるため、雷が発生した瞬間、その光は文字通り一瞬で私たちの目に届きます。
音の速さ（音速）
一方、音は空気などの媒体（物質）の振動によって伝わる波です。音速は媒体の性質や温度によって変化しますが、一般的な空気中（気温約15度）では秒速約340メートル程度です。これは光速と比較すると、およそ90万分の1という非常に遅い速度です。

この圧倒的な速度差があるため、雷がどこで発生しても、光はほとんど瞬時に私たちの目に届きますが、音は距離に応じて時間をかけて伝わってくるのです。

光と音の速度がこれほどまでに異なるのは、その「伝わり方」が根本的に違うためです。

光（電磁波）
光は、電気の波と磁気の波が互いに作用しながら空間を伝わる「電磁波」の一種です。電磁波は媒体を必要とせず、真空中を最も速く進むことができます。私たちの目に見える可視光線だけでなく、電波、X線、ガンマ線なども光の仲間です。
音（機械波）
音は、空気の分子などが振動し、その振動が隣の分子へと次々に伝わることで進む「機械波」です。つまり、音は必ず空気や水、固体などの媒体を必要とします。宇宙空間のような真空状態では、音が伝わる媒体がないため、どんなに大きな音でも聞こえることはありません。

光は媒体がなくても進めるエネルギー波であり、音は媒体を介して伝わる物質の振動である、という違いが、速度の決定的な差を生み出しているのです。

雷の光（稲妻）と音（雷鳴）は、物理的にはほぼ同時に発生しています。

稲妻（光）
積乱雲の中で電荷が分離し、その電位差が大きくなると、大気中で大規模な放電現象が起こります。この放電によって、雷の経路にある空気が数万度のプラズマ状態になり、強烈な光を放ちます。これが私たちが見る稲妻です。
雷鳴（音）
稲妻が発生する際、経路の空気は瞬時に数万度にも加熱されます。この急激な加熱によって空気が膨張し、周囲の空気を強く圧縮します。この圧縮された空気が波となって周囲に伝わっていくのが雷鳴の正体です。爆発的な衝撃波が耳に届くことで、ゴロゴロ、バリバリといった音が聞こえるのです。

稲妻が輝く瞬間と、その経路で空気が爆発的に膨張する瞬間はほぼ同時であるため、発生源においては光と音に時間差はありません。

光速と音速の差を利用すると、雷がどれくらいの距離で落ちたかを概算することができます。

この方法で、落雷が自分からどれくらい離れているかを知ることができます。時間が短いほど、落雷地点が近いということになるため、雷が近づいているサインとして、安全な場所に避難する目安にもなります。

このように、身近な自然現象である雷一つとっても、その裏には光と音という異なる物理的性質が複雑に絡み合っています。少し立ち止まってその理由を考えてみると、日常の中に隠された科学の面白さを発見できるでしょう。