「光速度不変」は本当に可能か?

質問

特殊相対性理論の２大前提の一つである「光速度普遍の原理」は、「いかなる慣性系から見ても光速は常に一定である」と主張するものですが、次のような思考実験から、これは不可能であるように思われます。

動いている電車の中に、光源と、その光源を挟んで電車の進行方向とその反対方向に等距離の地点に、光を検知するセンサーがあります。電車の中にいる人には、光源から両方向に出た光は同時に２つのセンサーに感知され、一方、電車の外で線路に対して静止している人から見れば、光源の後ろ側にあるセンサーの方が先に光を感知します。さて、この２つのセンサーが同時に光を感知したときだけ電車が停止するような装置が搭載されているとします。この場合、中の人にとっては電車は停止し、外で見ている人にとっては停止することなく走り続けることになります。これは現実にはあり得ません。

光速度を不変とする限り、上記の矛盾は回避不可能であり、「光速度不変の原理」は誤りであることが、この思考実験だけで完全に証明されていることにならないでしょうか。この原理の矛盾を暴露する方法は他にもありますが、このように「光速度不変」が矛盾をはらんでいることについて、皆さんはどのように思われますか？

特に、相対性理論の専門家の方々にお尋ねしたいです。

宜しくお願いいたします。

回答No.48

alphaone

NO44の回答を修正します。
「この２つのセンサーが同時に光を感知したときだけ電車が停止するような装置が
搭載されているとします。」
上の文章は貴兄のものです。この文章を「光を感知したら、ブレーキを踏む」に変更します。
そして、もうひとつ追加します。「一人だけでは電車は停まりません、
二人いっしょにブレーキ踏むと電車は停まります。」を加えます。

さて、実験です。運転士が光を感知した時刻に後ろの車掌は如何に思っているでしょうか?
「運転士が光を感知した時刻はずぅーと前の時刻の筈だ」と思っています。
車掌にとって、運転士が光を感知した出来事は過去のことなのです。
車掌が「運転士に光が届いている筈だ」と思うその瞬間にはまだ運転士は
光を感知していないのです。
結論、車掌が先にブレーキを踏み、遅れて、運転士が踏む。電車は停まる。

同期がとれていると思っている二つの時計は実は、運転士の時計が遅れているのです。
運転士と車掌の距離が離れていれば、離れている程、運転士の時計はもっと遅れます。
二つの出来事が運転士の時計と車掌の時計が同じ時刻を指している時に
起きたなら、その二つの出来事は同時の出来事だと思います。

二つの時計の時刻あわせします。
電車の長さ・30万キロメートルが有ります。
車掌の時計が0時0秒を指した時、光を運転士に向かって光を出します。
運転士は予め、時計を0時1秒にセットしていて、光を受け取ると
スタートボタンを押して、時計を作動させます。
この一連の手続きで時計の時刻あわせはできる筈です。

運転士が光を受け取る迄に電車は動くので運転士の時計が作動を開始
するのが遅れます。(駅長と電車が相対的に静止している場合と較べて)
つまり、運転士の時計が動き出したその瞬間、車掌の時計は
0時1秒を過ぎた時刻を指しているのです。
こんなおかしな二つの時計を同期していると思っているのです。

参考文献、アリスの相対性理論 はやし はじめ 訳 東京図書