光速度不変の原理

質問

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いま、光速度不変かどうかは、定かではないとします。
また、「光が慣性の法則に従う」かどうかはわかりません。他の物理知識はあるとして、論理の問題として教えてください。

「光が慣性の法則に従うならば、光速度不変は成立しない」とか、「もしも光速度不変が成立するならば、光は慣性の法則に従わない」ということは言えますか。

回答No.3

kon555 · ベストアンサー

>> 慣性の法則は力が働かない限り等速直線運動(静止を含む)をするというものですが、力が働いたらどうなるかということは何も言っていません。
　凄く根本的な話として『慣性の法則』という科学的な理論は無数の観測事実から導かれた物ですから、そこで語られていない物はなんでもありだ、という話ではないですよ。運動3法則の中で慣性の法則だけを適応する、という前提そのものが無意味です。
　また光速度不変というのは単に『光はいつも一定の速度だ』という以上の意味を持ちます。

>> 論理としてボールの速度不変かどうかは〜
『外力が加わらない限り物体の運動状態は変わらない』『物体の速度は不変である』という二種の言葉に単純化した上で、引っ掛け問題レベルの言葉遊びとしてならば、導出は不可能です。
　ある瞬間の物体の運動状態を観測しただけでは、その速度が可変であるか不変であるかは判別できないので。

お礼

ありがとうございました。

補足

後の質問まで、お付き合いいただき、ありがとうございました。

回答No.4

ddtddtddt

前の質問に書いたように、慣性の法則は「自由粒子は等速直線運動する」というものです（自分の意見では）。

　では光（電磁場）に力が作用する事はあるのか？と問われれば、次のようになります。
　電磁場は普通の物体と相互作用しますし、物体に運動量を与えたりもするので、作用・反作用の法則を信じれば、光にも力（のようなもの）が作用するの間違いないと思います。それでも光速度不変ですから、これだけからなら「慣性の法則に従わない」事になります。

　ただ問題になるのは、物体と相互作用しない光子を、普通の物質と同じ意味での自由粒子とみなすのは、どうなんだろう？・・・と。#2さんの仰るように、少々強引過ぎるのでは？(^^;)。

※ ドップラー効果を光の慣性の法則とみなすのも、強引過ぎる気がしますが・・・。

　自由な電磁場にもそうでない電磁場にも、経験事実として光速度不変が成り立つと認めるのが、妥当なところと思えます。全てが力学で片付くなら、電磁気学は力学に吸収されたはずです。19世紀にそういう試みは、特に流体力学を応用したものが多数試されましたが、いずれも失敗しました。

回答No.2

Nakay702

＞「光が慣性の法則に従うならば、光速度不変は成立しない」とか、「もしも光速度不変が成立するならば、光は慣性の法則に従わない」ということは言えますか。
⇒はい、そう言えると思います。「慣性の法則」は普通に言う物質的質量を持つものに通底する物理定数ですが、それは物質的質量にはない特殊性を持つ光子には当てはまらないようです。では、光子に対応する、それ（物質的質量に当てはまる「慣性の法則」）は何か。それは「ドップラー効果」として知られる波長の変化ですね。つまり、飛行中の起点から発せられた光は、進行方向へ進む場合は波長が短くなり（青方偏移）、それとは逆方向へ進む場合は波長が伸びる（赤方偏移）ことになります。

お礼

ありがとうございます。

回答No.1

kon555

慣性の法則を「力が作用しない限り、運動状態が変化しない」というものだとするなら、必然的に『運動状態が変化する』存在に対して適応される法則になります。
　よって「光が慣性の法則に従う」なら、光の運動状態は変化し、極端に言えば「静止した光」があり得るわけですから光速度不変は成立しません。
　また「光速度不変が成立する」なら光は常に一定の速度であるわけで「光は慣性の法則に従わない」ことになります。

お礼

ありがとうございます。

補足

光が慣性の法則に従うかどうかは、光速度が不変かどうかとは無関係な気がしています。

いったん、話を変えて、
ボールなどの物体には慣性の法則が成り立ちます。
だからといって、そこから論理としてボールの速度不変かどうかはどうやって導出できますか。慣性の法則は力が働かない限り等速直線運動(静止を含む)をするというものですが、力が働いたらどうなるかということは何も言っていません。