お互い１８０度の方向へ放った光の１秒後距離は

質問

二つの発光体があり、その発光体を同時に、１８０度の方向へ発光した場合１秒後のお互いの距離は
約６０万キロメートルの位置のにあるのでしょうか！？
　よろしくお願いします。

回答No.7

有木 巨智麿（@kothimaro） · ベストアンサー

光速度不変の原理とは、移動する物質から見て、光の速度は常に秒速30万キロと測定されると言うものです。

では、なぜ高速で光と並走しても、その光の速度は秒速30万キロで変わらないのでしょうか。
現実に高速で移動する時計は遅れます。また、時計に強い重力が掛かるとその時計は遅れます。実際に、GPS衛星搭載の時計は、高速移動するので地上の時計に比べて1秒間に100億分の2.55秒ゆっくりと時を刻みます。また、地上よりも重力の弱い所を回っているので、地上の時計に比べて1秒間に100億分の7秒速く時を刻みます。その為に、GPS衛星に搭載される時計は、地上では100億分4.45秒ゆっくりと進む様に調整されています。これで、軌道上に乗った時、地上の時計とシンクロするのです。

しかし、この事実から、高速で移動したり強い重力が掛かったりすると、時間の経過が遅れると言えるのでしょうか。それとも、ただ時計が動き難くなったので遅れただけでしょうか。このことを検証して見ます。

光速に近づく程、物質は動かし難くなります。これは、加速器の実験でも実証されています。相対性理論では、Vkm/秒で移動する物質は、静止時に比べて√(1－V^2/C^2)倍しか動かないと表現します。そして、カウフマンの実験で、その事実は確認されました。

つまり、Vkm/秒で移動する時計は、静止時に比べて部品が√(1－V^2/C^2)倍しか動かないのです。ですから、この時計は、1秒間に√(1－V^2/C^2)秒を刻む様になります。従って(1)t’=t*√(1－V^2/C^2)と相対性理論の変換式となります。そしての方程式は、GPS衛星搭載の時計の遅れと一致しています。時計に強い重力が掛かった時にも、時計の部品は動き難くなり、時計は遅れます。

一方、「時間の経過の遅れる仕組み」は考えることが出来ません。時間は他のもので組み立てることが出来ず構造を持たないので、その「変化する仕組み」を考えることが出来ないのです。この様に、時間自体が遅れる仕組みは永遠に明らかには出来ませんし、上記のとおり時間自体が遅れている訳ではないのです。

ここに原子時計があります。この時計は、原子が60回振動すると1秒を刻むとします。そして、Vkm/秒で移動すると、原子の振動回数は半分の30回となりました。その為、この原子時計は、1秒間に0.5秒を刻む様になりました。では、原子に流れる時間の経過が半分に遅れたのでしょうか。それとも、原子が動き難くなっただけでしょうか。
原子が光速に達すると、その原子は振動することは出来ません。少しでも振動すると、光速を超えてしまうからです。従って、時計は時を刻むのを止めます。このことからも、高速で移動する原子は動き難くなっていることが分かります。

そもそも、時間全体が変化しても何も変らないのです。DVDを早送りで見てもスローで見ても、ストーリーや結末は同じです。何故なら、時間の変化に合わせて、物質の変化のスピードも変化するからです。変化していない時間は無いので、DVD中の登場人物には、時間の経過が変化した事自体分かりません。
DVD内世界の一部の時間の経過が遅れた時、因果関係が変化します。高速で移動している部分のみ時間の経過がゆっくりとなるのは何故でしょうか。それは、高速移動する物質は動き難くなり、物質変化のスピードが遅れるからです。
これで、物質には移動速度に応じた時間の経過があることを、上手に説明することが出来ます。

アインシュタイン博士も、その著書「特殊及び一般相対性理論について」でm=m0/√(1－V^2/C^2)との方程式で、高速移動する物質は動き難くなることを表現した上で、「移動する時計は遅れる」と言われています。決して、「高速で移動すると時間の経過が遅れる」とは言われていません。これは、暗に高速で移動する時計の部品は動き難くなるので、その時計は遅れると言われているのです。

質問者さん、この様に時間そのものは停止することはありません。しかし、物質の移動速度が光速に達すると、もはやそれ以外の方向には動く事は出来ません。少しでも動くと、光速を超えてしまうからです。
つまり、高速で移動すると物質を構成する粒子の相対位置は変化出来ません。従って、この物質は変化することは出来ず、時が止まった様に見えます。光速で移動する時計は止まります。私が光速で移動すると、私の肉体は変化することが出来ないので、動きを止め思考も止まり年を取るのも止まります。
但し、物質には質量があるので、実際には光速未満でしか動く事は出来ません。

高速で光を追いかけると、光はゆっくりと進む様に見えるはずです。しかし、私自身がゆっくりと動き思考し、私の持っている時計もゆっくりと進むので、その光はやはり光速と測定されるのです。

ですから、ご質問の設定のように、反対方向へ進む2本の光を静止している者が観測すると、光は1秒後には60万キロ離れていると観測されます。

お礼

分かりやすい素晴らしいご回答ありがとうございました。
　時が止まるとは
　以下でわかりました。

原子が光速に達すると、その原子は振動することは出来ません。少しでも振動すると、光速を超えてしまうからです。従って、時計は時を刻むのを止めます。このことからも、高速で移動する原子は動き難くなっていることが分かります。
物質の移動速度が光速に達すると、もはやそれ以外の方向には動く事は出来ません。少しでも動くと、光速を超えてしまうからです。
つまり、高速で移動すると物質を構成する粒子の相対位置は変化出来ません。従って、この物質は変化することは出来ず、時が止まった様に見えます。光速で移動する時計は止まります。私が光速で移動すると、私の肉体は変化することが出来ないので、動きを止め思考も止まり年を取るのも止まります。

　時間と物質の関係は以上で証明できると思います。

　光は物質じゃないので、光は時間が存在する、なので、１秒後の光の直径は６０万キロメートルになる
　そうだと思いますが！きむずい

回答No.8

chiha2525

日本語が不正確ですね。

１秒後が誰にとってのものかによります。
光の速さで移動するものの場合、時は刻みませんから１秒後は来ません。

回答No.6

doc_somday

これは「観測者問題」という奴ですが、あなたの仮設がおかしいので、
余計ややこしくなっている、
発光源は一つでもつれている二つの光を逆方向に放つ、
観測者は外部に居る、二つの光子は６０万キロ離れた所
に居る様に見えるが、光子上の観測者は他の光子は３０万キロ
の処に居る様に見える。
多分「ベルの定理」に細かい説明がある。

回答No.5

中村 拓男（@tknakamuri）

ああ又違ってる

＞光速の速さで広がります。
光速の倍の速さで広がります。

回答No.4

中村 拓男（@tknakamuri）

うーん、たぶん、東西に向いた2個のライトが同じ位置にあって、
同時にパッと発光したら、1秒後に東西に光が到達した地点間の距離は
いくらか　という意味かな？

60万キロメートルです。つまり到達地点間の距離は光速の速さで広がります。

回答No.3

雪中庵（@psytex）

相対性理論の光速不変は、「観察者に対して」という
前提があります。
光源が属する慣性系にいるならば、光源を中心に半径
30万kmに光は広がります。
では、その光と一緒に光源から光速に近い速度で飛べば、
光と並行して飛んでいる様子が見られるかと言えば、
「光速に近い速度で飛」べば、そのロケットの時間は
遅くなるので、結局光は光速に見えるのです。

回答No.2

noname#212313

光が届いた距離ということだと解します。違うようでしたら、問題設定を詳述してください。

　発光体は二つも要りません。一つだとします。そして360度全方位に光を一瞬、発するとします。全方位へ光パルスを発する、という状況になります。観測者がいて発光体に対して静止しているとします（発光体と観測者は同じ慣性系にいる）。

　発光体が発光し、1秒後に光はどのように、どこまで広がったか。観測者は発光体を中心に30万kmの距離に全方位的に広がったとします。球面ですね。半径が30万kmですから、直径は60万kmです。

　すると、ある方向に届いた光の反対側にも光は届いており、両者の距離は60万kmです。どの方向でも、そのことは同じです。

P.S.

　発光体に対し、相対速度を持つ観測者だと、上記の状況とは異なる現象となります。特殊相対論の「同時刻の相対性」では、亜光速の列車の乗客（という観測者）と駅に立っている駅員（という観測者）、それぞれの立場でどう異なるかという思考実験モデルで説明されることが多いようです。ご興味があれば、調べてみてください。

回答No.1

spring135

発行体と光波の先端を混乱していませんか。