光速度不変のしくみの研究

質問

光速度不変は誰がどこで測ってもいつも一定３０万キロメーターというのは良く知られています。しかしそのしくみは謎で解けてないそうです。
アインシュタインは、それを正しいとして相対性理論を組み立て、その結果が正しいから光速度一定不変は間接的に正しいとされています。
しかし光速度不変のしくみの訳を直接的に解明することは出来ていません。これは今も物理学の謎とされ課題とされています。しかし、現在の所、物理学者はだれも研究している人はいない、本も、論文も１つも出てないそうです。しかし、光速度不変のしくみの研究は戦前はかなり議論百出だったそうです。その内容を少しでもご存じの方がおりましたら教えてください。

回答No.5

solla · ベストアンサー

面白いですね。
そのような議論や研究がなされていた（いる）かどうかは知らないので、回答ではありませんが…。
有史以来、相対論においてもそこにあるのが当然とされてきた質量も、ヒッグス機構が提唱されて、その起源が解明されつつあります。そう考えれば同様にcが何故cであるのかもいつかは解明されるのかもしれません。
しかし目の前にある質量についてさえ、ガリレオの時代から400年を経た今でも正確に解っていません。ましてやcが不変であることは時空の存在と深く関わっているように思われますから、相対論によって時空の概念が提唱されて高々100年の現在では、まだまだ未知の領域なのでしょう。現在の物理学では時空はそこに存在するものとして、cは物理学の基本定数であるとして、素粒子の相互作用である場を記述しています。これから理論がさらに進み、重力場まで含めた統一理論が完成する頃になれば、時空というものがいったい何なのか明らかになってくるのかもしれません。そうすればもしかするとcがcであることの意味が解ってくるのかもしれませんね。なんにせよ我々が生きている間には知ることは叶いそうもありませんけど。

お礼

私も興味津々です。有り難うございました。

回答No.8

masudaya

仕組みは良く分かりませんが,
粒子の質量を０にすると,
光速で移動するしかないと言うのが
どこかにあったと思います.
（何しろ２０年近く前のことなので...）

また,Maxwell方程式を普遍にする変換は
ローレンツ変換と言いますが,ここに光速
が入ってきます.

仕組みが分からないと言えば,ビックバンのときは光しかなかったのに質量がなぜ生まれたのかとか（粒子と反粒子のバランスがなぜ崩れるのか）,どうして素粒子はその質量になったのかとか...あと大きさなどの基本的な物理量についても謎はいっぱいあると思います．

お礼

有り難うございます。

回答No.7

nzw

Amazonで検索した所、以下のような本が見つかりました。

Making Special Relativity (Science and Society: The History of Modern Physical Science in the Twentieth Century, Vol. 1) (Hardcover)
by Peter Galison (Editor), Michael Gordin (Author), David Kaiser (Author)

この本のBook Descriptionに
The first two volumes explore the history of the concept of relativity, the cultural roots of science, the concept of time and gravity before, during, and after Einstein's theory, and the cultural reception of relativity.
とありますから、お知りになりたい内容が書かれているかもしれません。

残念ながら私が今いる所の図書館には、この本はおさめられていませんでしたので、内容は未確認です。

　私は物理学史は詳しくないので、この頃の詳しいことはわかりません。ただ、光速度不変の実験結果が出たとき、激しい議論が交わされたであろうことは想像に難くありません。ただ、「何故そうなるのか？」は今に至るまでわかっていないわけですし、「とりあえず」それは認めるという路線変更のおかげで、質量欠損だの果てはスピンといったものまで説明できるようになったことを考えると、アインシュタインのとった、とりあえず認めるという路線は賢明というしかありません。

　ただ、物理学は常に何故？を問い続ける学問ですから、いつか「とりあえず」が撤回されて、光速度不変の説明が見つかるかも知れませんね。ただその時は、その説明が成り立つ理由の探求が始まる時ですが。

参考URL：

http://www.amazon.co.jp/Making-Special-Relativity-Science-Society/dp/0415937159

お礼

ご紹介有り難うございます。いつか解明される日を期待しています。

回答No.6

moby_dick

＞観測結果から真空中の光速度一定不変はメートルの単位まで測定して正確です。この事実の前提でお願いいたします。

そのことは、
「精密な光速測定は、固定された光源の光での測定なので、光の固有な速さ、３０万キロが一定不変で測定されて当然です。」
と言いましたように認めています。

つまり、測定装置内の内光光源による測定は、光の固有な速さ一定不変を示すだけで、
「相対光速不変」は測定装置外の外光光源による（必要な精度の）測定でなければならないです。
（この外光光源の場合、鏡の反射光の光速の問題があり、上記のような精密な光速測定の方法が原理的に使えないです。）

とにかく、
任意の光と、任意の座標系では、「光速不変」ではないです。
（例えば、夜空の一つの星の光の光速は、
その星の速さ＋30万キロ－太陽系の速さ－地球の公転・自転による地面の速さ、の筈です。
アインシュタインはそれを確かめずに、全くの非物理理論を作りました。）

例として、
前回言わなかったことをあげると、

地上で２つの光速測定AとBが、違う時に違う場所でされたとします。
光は、AとBの光速測定装置に対してそれぞれ30万キロの速さです。

太陽系慣性座標系で、その２つの光速を記述すると、
光Aの速度＝測定装置Aの速度＋30万キロ、
光Bの速度＝測定装置Bの速度＋30万キロ、
になります。

従って、
太陽系慣性座標系の中で、地球は公転も自転もしているので、
測定装置Aと測定装置Bの速度違い、
光Aと光Bの座標系に対する相対速度は違い、「相対光速不変」ではないです。

ドップラー効果は、波と観測者の相対運動により起こります。
これは、中高生でも分かることで、全くの物理学、幾何学です。

我々に対して、星が動いているから、相対光速がｖ＋ｃ等となり、ドップラー効果が観測されるのです。

これらのことのある意味分かり易い議論は、前回示した点です。
（主因：マイケルソン・モーリーの実験について間違った判断をしたこと
副因：マクスウェル方程式が真空で成り立つと誤ったこと
（これはANo.2さんが言及していることと関係））

お礼

有り難うございます。私が考えるに宇宙空間を飛び交う光速度は皆一定です。その前提で組み立てた相対性理論は正しいです。

回答No.4

sabian

#1様がおっしゃっているのがすべてですが、もうちょっと比喩的にわかりやすくいうと、

目の前の石はなぜ石なのか

という問いと同じです。素粒子がさらに下位の構造を持つかどうかとは
違う問題です。

それと、#3様、相対論が間違いという主張はやめてください。
初学者が混乱します。
ドップラー効果と光の速度はまるで関係がありません。履き違えです。

お礼

有り難うございました。

補足

光速度一定不変は厳然たる不思議な物理現象です。アインシュタインは原因を考えたが解けなかったので、やむなく説明無しの原理としたのです。事実の重みに信頼して。しかし、いつかは解明しなければならないものと思います。その点で情報がありましたらよろしくお願いいたします。

回答No.3

moby_dick

「相対光速不変」は全く正しくなく、物理学者の誤解です。
アインシュタインの特殊相対性理論は、全くナンセンスなものです。

精密な光速測定は、固定された光源の光での測定なので、光の固有な速さ、３０万キロが一定不変で測定されて当然です。

本当の相対光速変化確認は、我々に対して動いている星から等の光で観測測定して、相対光速が、ｖ＋ｃのように変化することでするべきです。
ただ、このような観測測定は難しく、されていません。
それで、一応「相対光速不変」の考えは実験に基づかないです。

しかし、実は、相対光速変化の実験事実はあります。

ドップラー効果は、波と観測者の相対運動により起こります。
我々に対して動いている星からの光で、相対光速がｖ＋ｃのように変化して、光のドップラー効果が観測されています。
（実際の直接観測は、プリズムでの屈折率の変化、プリズム中での光速の変化の観測ですから、ｖ＋ｃは間接的に測定されたと言えます。）

他に、高速流水との相対光速変化の実験もあります。

それでとにかく「相対光速変化」が真実です。

さて、変な話ですが、
物理学者が、「相対光速不変」に強く捕らわれたのには別な事情があります。
（主因：マイケルソン・モーリーの実験について間違った判断をしたこと
副因：マクスウェル方程式が真空で成り立つと誤ったこと）

ですから、
物理学者としては、正直に言って、
「光速不変」、アインシュタインの特殊・一般相対性理論について半信半疑なのです。

補足

観測結果から真空中の光速度一定不変はメートルの単位まで測定して正確です。この事実の前提でお願いいたします。

回答No.2

proto

光速度不変の原理はマクスウェル方程式群がローレンツ変換に対して不変であることに関係しているように思います。
それに対してニュートン力学はガリレイ変換に対して不変なので、その直感からいくと光速度不変の原理に矛盾を感じます。

ちなみに光速度はマクスウェル方程式から
　　c = 1/√(μ*ε)
と表せることがわかります。

お礼

有り難うございました。

回答No.1

tetsumyi

相対性理論の基本的な部分を理解しておられないようですが、
光速度不変は間接的に正しいとされているのではなくて空間に３つの方向があるのと同様に、また質量が存在するのと同様に基本的な物理の法則として取り入れられました。
光速度不変は空間の性質として距離が時間と関係していることを示す物です。
ですから、私達の居る空間は３次元時空と呼ばれています。
基本的な性質に仕組みを解明しなさいと言われても困りますし、研究しようがありません。
議論百出だったのは相対性理論を認めるかどうかに関してです。

お礼

事実ですから証明無しで光速度一定の原理となっていることは存じています。しかし、原理と言うには万人が認める常識でないことでもあり疑問に思っています。とにかく有り難うございました。

補足

光速度は真空中、いつも一定３０万キロメーター/秒というのは厳然たる事実です。しかしそのしくみは謎で解けてないそうです。それで
アインシュタインは、しくみの解明は出来ないが事実なので証明無しでそれを正しい原理とし、相対性理論を組み立てました。その結果は正しい。
しかし光速度不変のしくみの訳を直接的に解明することは今も出来ていません。これは今も物理学の謎とされ課題のはずです。。

しかし、証明なしで原理とアインシュタインがしたので、現在の所、物理学者はだれも研究している人はいない、本も、論文も１つも出てないそうです。しかし、光速度不変のしくみの研究は、当初はかなり議論百出だったそうです。その内容を少しでもご存じの方がおりましたら教えてください。科学的に興味があります。（補足）

情報をご存じでしたらお願いいたします。