宇宙膨張と関連のあるもの全ての質問

質問

宇宙膨張と関連のあるもの全ての質問

http://okwave.jp/qa/q6145211.htmlで質問した物です。
前回はなんか私が何を言いたいのかはっきりしてなかったような気がするので、
少し内容を整理してきました。(整理できたのか自身ありませんが)。
と言うか、読み返すと回答者に迷惑をかけてた気にもなってきました。

基本的に本などは買わずインターネットの検索で知りたいことを調べていますが、
どうも内容が途切れ途切れだし、
調べるうちに調べる内容がどんどん増えて手に負えなくなっていくと言う感じだし、
単純な疑問だったはずがいつのまにか強烈な疑問が大量になってしまいます。

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※大変身勝手ではありますが、激しく質問攻めを繰り返す可能性がありますので、
気長に、かつ暇つぶしで話に付き合ってくれる人を募集します。
すみません。

※2000文字はすごく短いので、回答者への返信に書きたいことを続けてどんどん書いていきます。
回答者は質問の一部のみ回答してくれただけでも、私が書く場所が2000文字増えますのでよろしくお願いします。

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まず、空間と物理位置の関係についての関係を書こうと思ったのですが、
光速の考え方について私の疑問や考えが大きく変わる気がしたので、
光速に付いて少し質問させてください。

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特殊相対性理論に付いてそこそこ飲み込めたと思っていたのですが、
よくよく考えてみると全然分かっていなかったので教えてください。
この回答は、出来れば理論的な回答ではなく「観測の結果」をお願いしたいです。
なるべくURLと、観測や測定の方法も詳しくお願いします。もお願いします。
(検索したけど良い2点観測のサイトが見つけられなかった)。

もし論理的な回答が来た場合は、私も論理的な回答や質問で返したいと思います。
なので返信は観測したらこう「だった」なのか、こうで「あろう」は分かるようにお願いします。

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Y → 静止した光源
X → 静止したYの直線状
- → ただの直線
* → YからXに向かい移動する電車(とても速い電車が良い)
A → 静止した電車外の観測者。XとYの中央。

※文字表示の都合によりAの位置が狂うかもしれませんが、Aの位置はXとYの中央です。

[1.] ちょうど電車が中央に来た時に観測できるタイミングでYから光を放つ
Y--*--X
　　 A

[2.] 光は電車とAに対して同時に届く
[3.] 即座に光を消す。

[4.] 光が消えたとき、電車は動いているのでX側に近い。
Y---*-X
　　 A
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この時、
光速は観測者にとって常に不変なので * とA が光源の消滅を確認したのは同時ですか？
同時ならば、同時刻に於いて光は電車の部分だけ遠くまで届いていることになりますか？

それとも、
消えた時点での位置は違うので同時ではないですか？(ちなみに私はこっちだと思ってます)。
同時ではないならば、電車内は長く光に晒されてることになりますか？

この場合、電車から見て光の速度が光速より遅くなってませんか？
長く晒されてるなら、光の密度は薄いですか？
(実際には波長が変わって赤方偏移する結果だと思いますが、
遠くの星は離れかたが激しいので暗くて観測しにくいとどこかで見た事がある)。

つまり、2点観測した時の速度がどうなるのかいま一つ分かりません。

これを時間や空間のゆがみと表現するなら、
XとYの両方が光源で、同時に同時間光った場合はどうなりますか？
逆向きの歪みが同時に生じないのですか？

もしかして、私が「光速はどんな慣性系から観測しても同じ」の「慣性系」の意味を根本的に勘違いしてるんでしょうか？
それとも、速度がどうゆう定義であり、どう観測すべきなのか？と言う所からすでに間違っているのでしょうか？
ちなみにこの測定法は、光の先頭と最後尾の差を観測することを目的として考えました。

【続く】

回答No.3

bond44 · ベストアンサー

#2の回答者です。
うまく伝わってないようなので、もう１度回答します。

質問者の考案された思考実験は、特殊相対論の説明で、よく使用される電車の思考実験の形を変えたものです。

順を追って説明します。

１、マイケルソン・モーリーの実験によって、光の速度は光源の運動に依存しないことが発見された。

２、そこで、質問者の思考実験を考察する。光源を点滅させた場合、観測者Ａと電車内の観測者では、光の点滅時間は同じように観測されるはずである。

３、それでは、質問者の述べたとおり、電車内の光速が変化することになり、矛盾する。

４、この矛盾を解消するには電車内の時間が、静止した観測者Ａに比べて遅くなっていると考えられる。

５、ということで、特殊相対性理論が考案された。

科学雑誌などでよく見かける電車の思考実験では、光源が電車内にあります。質問者の思考実験では光源が、外部に固定されていますが、運動は相対的なので、本質は一緒です。

お礼

何度も本当にありがとうございます。

実際に何が起きてるとか、物理運動に対する概念や考え方とかそうゆうのが私の中でしっかり定まらないのですが、
時間や見かけ上の長さは式に収まるので、相対理論としてはそれで正しいと言うことなんでしょうね。
(私の中では「動く」と言うのがどうゆうことなのかとか、そうゆう段階から意味が分からなくなってます。(数式が持つ概念は理論者に都合がいい概念なのでイマイチ納得できてない))。

ところで突然ではありますが、
今回のことは、ネットでチマチマとせこく調べたり、人からタダで話を聞いててもしょうがないと思いましたので、
満足行くような本を幾つか購入したいと思いました。

お付き合い頂いた方にはお礼申し上げます。

回答No.4

SaLeeFA

質問者は相対性理論と他のことをごちゃまぜにして質問してませんか？
そうなると、なかなか答えるのは難しくなります。
相対性理論も、実際そうなのか確かめるすべがないから未だに法則や原理ではなく理論なのです。

特殊相対性理論では質問者が重要視している最も前提的な部分と、
一般相対性理論では最終的に起きるであろう歪みが確認できていません。
だから今の段階で相対性理論を理解できたと言うのは理論内の流れをそのまま理解することなのです。
質問者が求めた内容の観測結果はないはずです。

ただ、理論の中で発生する現象の多くが現実的に示されてるので相対性理論は社会的に重要視されます。
ですが実の所は理論を肯定する根拠も否定する根拠もないんです。

たとえば、静止系と慣性系に原子時計を持たせて光に浴びた見かけ上の時間を計測したら同一になったとします。
例えそれでも質問者は納得しないですよね？
質問者が言う[位置]や[時間]や[距離]や[速度]などを、絶対的にも相対的にも直接に計る手段なんてないんです。
だから質問者が言う2点観測の因果関係と言うのも明確にはならないし、相対性理論もそこには触れてないんです。

最初の質問に関しては質問者の言う
＞消えた時点での位置は違うので同時ではないですか？(ちなみに私はこっちだと思ってます)。
で良いです。
これはまったく別の光が別の瞬間に放たれたのと同義ですから。

同時に、質問者が予想した光の性質について肯定することも否定することも困難です。
ダークエネルギーなどの発見があればまた話は変わってくるかと思います。

知人からの返信で申し訳ないですが以上です。

お礼

そうゆう風に言われると、私としては科学とその見解に対してなかなか信用が置けなくなってきますねー。

例えば、今回の一番の趣旨であった「星が均一に離れると観測された = 宇宙が膨張している」
と世間で当たり前のようにされている関連付けが何の信憑性もないように感じてきます。

回答No.2

bond44

電車内の観測者と、Ａが光に晒されている時間は、同じになります。

なぜなら、Ａと比較して電車内の時間は、遅くすすむからです。

特殊相対性理論を導く思考実験ですね。

お礼

一番最初の書き込みのうちの、一部の回答、と捉えて良いですよね。

これに対する疑問や矛盾に思ったことを返信しても意味がない気がしますので、
「アインシュタインはそう言ってた」と言う理解に留めておきたいと思います。
ありがとうございます。

今ちょっと思ったのですが、
今後人と話をしたりする時は、常に時間もどこと相対などうゆう時間か分かるようにしたほうが良さそうだな、と思ってみました。
でないと、それに伴って位置の定義と距離の定義と速さの定義もめちゃくちゃになりそうですから。
と言うか、これらの定義は未だによく分かりません。

補足

二回目の返信です。
個人的に思う所や、聞きたいことはたくさんあるのですが、
今の話の流れで決定的に違うと思ったことを一つだけ。

特殊相対性理論ではそうならないし、アインシュタインもそれは言ってないと思います。
と言う根本的なことに今気付いたので加筆させてもらいました。
(つまりこれは二点観測であって、1点と1点の観測的な因果関係はないと思いました)。

回答No.1

SaLeeFA

続きをどうぞ

お礼

【続き2】

以下、私が困っている点。

1. 特殊相対性理論と全然違う気がする。
　 とりあえず、空間も時間も歪んでない気がする。
　 どこの段階で何がどう違うのか、実際の観測結果を絶対とした上で知りたい。

2. これだとローレンツ式との関係が不明瞭になってきた。

3. 別に光速を超えても困らない。

4. 「光速を超える」「光速を超えられない」の定義がわからない。
　 光速は一定と言うのは単なる定数で、発光時に絶対位置も持たないため、
　 どこを基準に光速を上回った速度で移動すれば光速を超えたことになるのかよく分からない。

　 例えば、地球からどの方角を見ても、
　 光速以上で離れてると思われる星があって観測はできないってNASAかなんかが言ってた。
　 地球から見て東の端と西の端だと、両者はちょうど光速の2倍じゃないでしょうか。

5. 宇宙船は常に自分が自分に対して静止していたと仮定した場合、
　 宇宙船から物理的に空気を噴出することで無限の速度は得られないのか？
　 たぶんきっと私がどこかで何かを間違ってるんだと思います。

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なお、私は日本語のサイトしか読んでいないので、誰かの勝手な解釈による解説サイトしか読んだことありません。
なるべく原文に沿って翻訳してくれているサイトがあったら教えて欲しいです。

それと光の性質については、実際の観測結果を知らないからこうなったんだと思います。
こちらについても分かりやすい観測方法と結果が書いてあるサイトがあったらお願いします。

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一旦ここで質問を区切ります。
ある程度回答をいただきましたら、本題の膨張について書かせてもらおうと思います。

補足

【続き1】

以下、現在の私が持ってる光速の性質に対する勝手な解釈。
一点観測(1次元観測)の場合は以下のようになる。

【あまり多く検索したわけではありませんが、
1点観測の結果ばかり見るので私には光の性質が理解しきれてないと思います。
なお、全部論理的思考から勝手に予測して書いてますので、そうゆうのが嫌な人はスルーして下さい】

1. 光源は球とする。
2. 光源は、静止した観測者Aから後退しながら光を放つ。
3. 光は光源の移動状態には左右されず、光を放った瞬間の位置を基準に速度が決定される。
4. 従って観測者Aまでに光が届く時間は、光源の移動状態とは無関係に一定となる。

5. この一点観測については、観測者と光源の相対位置(距離)によって、光が届く時間が決定される。
6. 従って、観測者もどのような動きをしていても光速に変化は見られない。

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以下、二次元観測(？)を予測した場合の、
現在の私が持っている勝手な性質解釈。

1. 上記の一点観測と同じ環境を取る。
2. ただし、光源はずっと光り続けているものとする。
3. 光源が動き続けていた場合、常にその光源位置からの直線的な発光となる。
4. 光源と観測者に相対的な位置移動が発生した時、周波数の変化が見られる。

※ この時の光源位置とは、空間や宇宙に対する絶対位置ではなく、
　 あくまで観測者(光を浴びるもの)と光源が光った瞬間の相対位置(距離)を表すための位置。
　 従って、今の所私は光(電磁波やエネルギー)から宇宙に対する絶対位置や、絶対的な静止状態が見つかるとは考えていない。
　 (光速が一定なら光に対して静止した状態が取れれば「絶対静止」と思われないように、一応上記を記入)。

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以上のことから想定した予測。

1. 光速は、光源からの速度に関する物理的干渉を受けない。

2. 光は、自身で自身を進行させる力を持っている。(※これに関してはすでに素粒子学から知っていました)。

3. 光源が実際にどの周波数の光を出したかは、観測者に対しての光源の位置がわからない限り分からない。

4. 光源が実際に発光していた時間は、観測者に対しての光源の位置がわからない限り分からない。
　 (※上記までの予測を使うと、光源から遠ざかると長く光を浴びるとせざるを得ませんでした)。

5. 光源との位置関係が分かっているとき、
　 発光時と消光時には距離からの時間観測で光速の測定が可能だが、
　 常に発光している場合の光速測定は不可能。

6. 光源と自分の位置関係が分からない場合に於いては、
　 発光と消光を確認しても相対的な関係は分からない。

7. 発光される光が常に同一の周波数の場合で、両者が相対的に移動していた場合、
　 周波数の変化により観測者と光源の相対位置の関係がある程度予測できる。
　 この時、光源に対して静止していた場合に観測できる周波数を知っていれば、
　 完全な形で相対位置の関係が分かる。

8. 光源が一定で光り続けている場合、
　 相対位置の変動と全く同様の性質で、暗くなるか明るくなるかの差が観測者に現れる？
　 (これは今後私が、光速には関係ない部分の光の性質を知ることにより考えが変わるかもしれません)。

9. 光源に対して比べる物がなければ、光源が動いているのか止まっていのかの定義はなくなる。
　 (例え[光源 = 観測者] と仮定してみた場合も、
　 自身の相対位置は自身なので、自身からの光の状態により動きが観測されることはない)。

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以上までの観測予測が生み出されるに使った情報。

1. 光は慣性系においても速度が一定であり、変わらない。
　 ただし、そもそも速度の定義が理解できてない恐れアリ。

2. NASAが離れていく星は赤方偏移するって言ってた。
　 光源に対する相対的な移動によることで「光の密度変更」が起きると予測した物を
　 「周波数変動」に予測を変更。

3. アイディアや物の考え方はに関しては、気に入った物を勝手に使ってる。
　 (ただし、どこで見たどのアイディアとかそうゆうのは覚えていない)。

以上のことから、観測に於ける光の性質を勝手に想像しました。