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光の速度は変化する?

  • 暇なときにでも
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お礼率 13% (4/29)

光の速度はどんな速度で運動する人から見ても同じになるそう
ですが、わたしはこの現象は光の速度が運動する人の速度に合
わせて変化するために常に同じ速度に見えると解釈しています。
この解釈のしかたは相対性理論に反しているのだそうです。
わたしは相対性理論に反しているとは思えないのですが、本当
に相対性理論に反しているのでしょうか。たしかに、相対性理
論について書かれた本には、光の速度が同じなのは時間や空間
が変化するためと書かれていたりしますが、これは光の速度が
変化するためと説明しても同じことだと思います。この考え方
は間違っているのでしょうか。
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回答 (全29件)

  • 回答No.9
レベル8

ベストアンサー率 33% (5/15)

「光も速度が速くなったり遅くなったという表現が出来るはず」が焦点なんですよね?そもそも光の速度一定というのは人間の日常感覚では理解しずらいと思います。一応説明しますが「そんなこと聞いてるんじゃない!」というのであれば言って下さいね(笑)

a車時速100キロ-----><-----b車時速100キロの場合bからするとaが時速200キロで接近するように「見える」という表現はほぼ正解です。

この場合時速200キロのように車が見えるのだから光だけが例外として変わらないというのはおかしいのでは?ということでしょうか?
光速度不変は光を伝える媒質(エーテル)はないという実験結果に基ずいていますよね。観測者がどのような運動をしていても光速度は一定というものです。運転手が車を止めていても100キロで走っていても運転手の目に飛び込む光速度はどちらも秒速30万キロです(景色が動いて見えるか見えないかの違いです)、このへんが感覚が変になるとこなんです(笑)

a光秒速30万キロ-----><-----b光秒速30万キロの場合bからするとaは秒速60万キロで接近するように「見える」という表現はほぼ正解です。

間違いではないんですよ。しかし光速度は不変なのでアインシュタインが考えた式→相対速度=(a+b)/(1+(ab/光速の2乗))では60万ではなく30万キロになります。先の車の相対速度200キロもこの式で出る。数字の世界ではそうなのに感覚はわからないというのはある意味仕方のないことだと思います。これではおそらく納得していただけないと思いますのでもう少しだけ。

taro813さんのいう「光速度が遅くなるいう表現」は言い換えると「光の進む距離が長くなる表現」というのがわかりやすいかも。手に持ったままのボールを見てる時は光が行き来する距離は一定ですよね。でもポーンと上に放り投げたら目に飛び込むボールの光の距離は長くなりますよね。でも速度は変わりません。秒速30万キロです。距離が長くなっただけです。逆にボールを目に近付けたら距離は短くなるが速度は同じです。光が速くなったわけではありません。
ここで光を音などの媒質を必要とするものと「同じ感覚」でいるとわからないです。光は媒質なしで進みますから日常感覚ではつかめないんですね。

厳密には日常レベルでも時間のズレはありますよね。これは光速度が不変だからこそ起こるんです。もし光が物の速度にあわせて変化するのであれば時間のズレは起こらないでしょう。しかし数々の実験結果が時間のズレを証明しています。「それでも光は変化し時間は変わる」のであれば、もはや物理法則はおよびでないです。なにか得体のしれないやつが光速度をあやつっていると考えるしかありません(笑)

メチャクチャ強引に述べると我々の目には無限の数の光ケーブルがすでにつながっているんです。あらゆる世界にね。ただケーブルの中を通るデータは秒速30万キロで一定なんですね。(ちと強引か)
お礼コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

こんなに長い回答書いていただいてありがとうございます。

>「...表現が出来るはず」が焦点なんですよね?
その通りです。

>...日常感覚では理解しずらい
ここなんですが、速度が増した分だけ光の速度が速くなるという
考え方が受け入れられれば、理解しやすくなると思うのですが。

>a車時速100キロ-----><-----b車時速100キロ
この例は私の説明しようとしていることについては適切な例
ではないと思いますが、この例で説明すると

a車時速100キロ             ----->
a車で観測される進行方向と同じ方向の光(100キロ+光速)=====>

b車時速100キロ             <-----
b車で観測される進行方向と逆の方向の光(光速-100キロ)=====>

この2つの光の速度の差は200キロになると言えると思います。

>a光秒速30万キロ-----><-----b光秒速30万キロ
このように大きな速度差がある場合は日常の感覚とはかけ離れて
いるので、例としては適切ではないのです。しかも、わたしの考
えでは、この速度で運動するものどうしはお互いを観測すること
ができません。
ただ、この場合もaの速度が徐々減速していって速度0になりそ
の後、逆方向に加速して行ってbの速度に達した場合の速度の
経過を減速・加速する度に加算していった速度の変化の合計は
秒速60万キロ程度になると言えると思います。

ボールのたとえではボールを見ている人の速度は変化していませ
んから光の速度の変化もおこりません。

私の考えでは光速が一定だから時間のズレが生じるのではなく、
速度が変化すると時間や空間が変化するから光の速度が変化して、
光の速度が常に一定に観測されると理解しています。逆に一定の
速度の差で運動しているものが光として感じられる(観測される)
のかもしれません。

光ケーブルの話は速度の変化がおきておりませんのでわたしの説明
しようとしていることとは無関係です。

わたしの欲しかった回答はこのような説明の中でわたしの考えと
一致するものや逆に私の考えとは反していて考えを改めさせるよう
なもです。

いろいろとありがとうございます。とても感謝しています。
投稿日時 - 2001-10-22 23:25:08


  • 回答No.8
レベル11

ベストアンサー率 38% (130/334)

再回答します。

>それは、わたしが時間について触れずに速度が変化したと表現しているから誤解されているのかもしれませんが

あれれ? 時間についてはっきり言及していましたよ。

>光の速度が同じなのは時間や空間が変化するためと書かれていたりしますが、これは光の速度が変化するためと説明しても同じことだと思います

の部分。これは、光の速度が観測者によらないことを、
ローレンツ変換ではなく、「光の速度が変化する」で
説明しようとしたんじゃありませんか?

ローレンツ変換を採用するならば、「光の速度が変化する」
を採用する必要はないし、ローレンツ変換を採用しない
ならば、高速の素粒子の観測結果を説明できない、と
いうのが前回の回答(#3)の趣旨です。
補足コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

すみません、わたしの言葉がたりなかったようです。

「光の速度が変化する」という考え方と「時間と空間が変化する」
という考え方は排他的ではない、両方の現象が関連して発生してい
るとわたしは考えています。
(*ローレンツ変換をわたしは理解していません)
しかし、どちらかと言うと、時間と空間が変化するために、この
影響で光の速度が変化すると考えています。
投稿日時 - 2001-10-22 22:00:25
  • 回答No.10
レベル10

ベストアンサー率 44% (58/130)

専門外ですが、少しコメントさせて下さい。

> 変化するというの速度が遅くなったり速くなったりするという意味です日常使っ> ている感覚と同じ意味です。
から察しまして、ビジュアルなイメージに結びつく思考実験で考えれば納得しやすいのではないかと思います。

十分離れた所(例えば太陽系外側の程ない位置)に、ある時刻から強力な光を放ち始める地球に対して静止した点光源を置きます。点光源の周囲には、一面に、光を受けると反射して輝く塵を浮遊させておきます。この塵の輝きは地上から見え、適当な範囲を望遠鏡で覗けば、輝きが球状に広がっていく様子を(じっくり)観測することができます。正に光の速さを目で見ているわけです。さてここで、点光源の比較的近傍で、その光源から0.5cの速さで真直ぐ遠ざかるロケットがあるとします。ロケットは自ら光を発しながら飛んでいるので、その位置も地球から追うことができます。地上から見た、光の球の広がりとロケットの動きはビデオに撮影されます。

ここで、ビデオ画面には、発光を始めた光源から光の球が1cの速さで広がっていき、0.5cで遠ざかるロケットを追いかけて、ロケットが静止していたと仮定した場合に比べ倍の時間をかけて、ロケットに追いつく様子が記録されます。つまり、地上の人が見る限り、ロケットに対する光の相対速度の大きさは0.5cで、これは動かしがたい事実です。

しかし、ロケットに乗る人は、光の球殻が1cで自分に近づき、追い越して行くことを観測します。これを地上の人は、ロケット内での時間の進み方が自分たちよりも遅いからだと、解釈するわけです。

さてこの話で、「光の速度が変わった」という認識に結びつく要素があるか否かです。どの観測主観に対しても光速はcですから、「速度が変わった」と判断する測定結果は出てきません。もし、補足で述べられている「別の速度で運動しているひとが観測するであろう観測できない光の速度」が、ある観測者から見た相対速度の大きさのことであれば、それはゼロと2cの間で変わります。ただし、これは"運動する人が観測するであろう"量では全くなく、運動していない人によって定義・観測される量です。

ある観測者にとって、光源から広がり行く球殻の様子はただ一つに認識されます。この厳然たる事実を前に、動く物体に合わせて変わるという認識を持つことは、全く無理なことです。
補足コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

この説明を理解するのにはほねがおれました。

わたしの解釈では0.5cの速度で遠ざかるロケットと地球上の人
が同じ光源からロケットに向けて発せられた光をどう観測するか
ということだと理解しました。

このように大きい速度差がある場合は、時間と空間の変化を考慮
しなければならなくなるので、ロケットに乗っている人が経験し
た速度の変化とその様子を地球からみていた人が認識する速度の
変化が異なってしまうので、ロケットの速度を次のように定義
し直させてください。このロケットの 0.5c はロケットに乗って
いるひとが徐々に加速していき経験した速度の変化の合計である
ということにします。

この場合、わたしの考えではロケットに乗っている人が観測する
光の速度は0.5cだけ速くなっていることになります。

この例でわたしに言えるのこれだけです。
(速度の変化によって時間や空間がどの程度変化するのかはわか
りません。)

あなたは、ロケットに乗っている人と地上の人が同じ光源から発
せられ、同じ経過を辿る光(時間の経過は異なるが)を観測でき
るということを前提にしているようですが、わたしは、この2人
が観測する光はまったく異質のものだと考えます。

ロケットは加速する度に時間と空間の変化を何度となく経験して
いるので、このロケットにとっての光は加速する前の光とは全く
異質のものになっていると思います。
投稿日時 - 2001-10-22 23:49:57
  • 回答No.11
レベル8

ベストアンサー率 27% (8/29)

別の考え方をします。

まったく何も無い宇宙空間を考えて、そこに2隻の宇宙船があるとします。
これは思考実験なので「まったく何も無い宇宙空間など存在しない」
とは考えないでください。

ここで、2隻の宇宙船が「相対的に等速度運動」をしていると、どちらが動いて
いるかわかりません。taro813さんも本を読まれたようですが、
「相対性原理」というものです。どちらが動いているのかわからない以上、
どちらにも同じ物理法則が成り立たないとおかしいです。

さて、ここでマクスウェル方程式というのが出てくるのですが、
数式かけないので乱暴に言ってしまうと「光速Cを含む式」です。

「光速度Cを含む式」の意味するところは、光速Cが変わると、
その値が変わる=物理法則が変わることを意味します。

しかし、相対性原理によって、慣性系で物理法則が変わってはいけません。
どっちの宇宙船が動いているのかわからないのに、
物理法則がちがっては、その原因の説明がつかないからです。

よって、光速は慣性系では不変なのです。

#ローレンツ変換を理解してからもう一度考えても遅くないと思います。
補足コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

物理法則が不変も光速が不変とおなじように考えられると
思います。

つまり、観測される光の速度は同じ。しかし、速度に合わせて変化する。
物理法則についても、観測される物理法則は同じ。しかし、光速に合わ
せて変化する。

ということであれば矛盾しないと考えることもできると思います。
投稿日時 - 2001-10-23 00:58:36
  • 回答No.13
レベル9

ベストアンサー率 35% (18/51)

理論が正しいかどうかは、物理現象を正しく予言できるかどうかで、その説明のしかたがどんなに突拍子もなくても、煩雑でも、その理論が正しく現象を予言できれば、それは正しい理論です。ですので具体的な記述がなければ正しいか正しくないかは机上の空論です。

ですので、具体的なものがよくわからないtaro813さんの解釈が正しいかどうかは、判断が非常にむつかしいのでしょう。

もしなにかうまい説明があるんじゃないの?ぐらいなら、あってよさそうだとも思います。しかし、単純に速度の足し算をv+wとするなら、あまりうまくいかなそうです。

具体的な話として、逆向きに光速で進むaとbを考えたとき、相対論では「aからbをみるとその速さは光速に見える」と予言します。しかし、そのときに光速×2を考えることは意味があるでしょうか?
まず、この「速さ」に直接対応させる物理的なものがありません(だからといってすぐに無意味というわけではないです)。というのは、すくなくともこの「速さ」は「aからbをみた速さ」ではないわけですし(相対論と矛盾しない理論を考えているわけですから)、現実の世界では対応するものはありません。それなら理論上で思考の手助けとして導入された量ということになります。ですので、この量をどういうふうに使うのか、物理量の何と対応するのか、がハッキリしなければ、このような「速さ」を考えても意味がありません。同じように、v+wという速さの足し算を考えても、相対性理論そうなるとは予言しません。ですので、もし相対性理論と矛盾のない理論なら、v+wは観測される速度ではないので、理論上の手助けの量ということになりますが、taro813さんの考えではこの量が現実の世界とどう関わりがあるかがハッキリしないです。
補足コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

わたしの問題にしていることは、どのような速度で移動する人から見ても光の
速度は同じという現象(仮定)から、どんなことが考えられるかということで
すので、机上の空論と言われれば、そうなのかもしれません。

>単純に速度の足し算をv+wとするなら、あまりうまくいかなそうです。

ここでですが、v+w の意味するところを考えてみました。
速度vで運動している人が速度w分だけ加速した場合、運動している人にとって
は v+w は真実だが、その様子を見ていた人にとっては v+w は真実ではない
どちらの立場に立つかにによって解釈がことなるのではないでしょうか。
投稿日時 - 2001-10-23 23:21:13
  • 回答No.12
レベル7

ベストアンサー率 20% (3/15)

taro813 さん、その節はどうも。queschan です。
やはり taro813 さんの変換は相対論とは矛盾していると思います。

光速度不変の原理はその言葉どおり「原理」です。
したがって、相対論の式では光速度不変を導くことは出来ないのです。
数式を使って光速度不変を導くことがすでに相対論とは矛盾しています。
光速度不変という結果を合わせるだけなら様々な変換が考えられます。
taro813 さんの理論では他の部分に論理的でないところがあるように感じられます。

例えば、
 右向きに進む光(速さc)
 右向きに進む粒子(速さv)
の2つがあるとします。
これらの2つを左向きに進む観測者(速さV)の人が観測するとします。

皆さんが書かれているように、ローレンツ変換から導かれる速度の合成則を使うと
 (c + V)/(1 + cV/c^2) = (c + V)/(1 + V/c) = c
 (v + V)/(1 + vV/c^2) → v + V          (矢印は非相対論近似)
と光速度はc、遅い速度の粒子は私達の馴染みの式になります。
しかし、taro813 さんの変換を用いると
  c + V - V = c    (第3項は速さVで左向きに進む人から速度cに見えるための補正ですよね。)
  v + V - V = v
となり、普通の粒子もどの観測者から見ても速度は同じということになってしまいます。
変換が普通の粒子には適用できないのであれば、その変換には意味はありません。
この結果、時速 50km で走る車に乗って、前方から来る時速 50km の車を見ると
時速 100km ではなく時速 50km に見えることになり日常とずれてしまいます。
この例では納得できないでしょうか?

それから、もっと根本的なところでは
v1 という速度で動く人にとっては c+v1 、v2 という速度で動く人にとっては c+v2
というように光速度が変化すると仰ってますが、
この v1 や v2 という速度は誰が見たものでしょうか。
この人は絶対空間にいることになります。
しかし、相対論では名前のとおりすべての慣性系は相対的になっています。
特別な空間があってはいけないということです。
taro813 さんの理論自体を否定する気はありませんが、
相対論と矛盾しないという部分はどうしても否定的な意見になります。

>(*ローレンツ変換をわたしは理解していません)
少し専門的な話になるかもしれませんが、
特殊相対論は電磁気学と古典力学を統一しようとする流れから生まれてきました。
もともとの論文名は相対論ではなく「運動する物体の電気力学」です。
ローレンツ変換は電磁気学のマクスウェル方程式を不変にする変換です。
ですから、ローレンツ変換などの話を理解していなければ、
taro813 さんの変換が相対論と矛盾しているかどうかはわからないはずです。
今の変換ではマクスウェル方程式の式の形は観測者によって変わってしまいます。

相対論を理解している人であればどうしても否定的な回答になってしまうと思います。
逆に肯定的な回答をする人がいればその人の相対論の理解は疑わしいと思います。
お礼コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

あのときは2人だけの言い合いなってしまったので気まずい思いをしましたが
適切なアドバイスをありがとうございました。

> c + V - V = c
> v + V - V = v

わたしの考えを広げていくと確かにこのようになると思います。
ですから、その前段階になる考え方(光の速度は変化する)
が正しいか疑問に感じて質問しているのです。

この計算で得られた結果は速度0から速度Vに徐々に加速して行っ
た人が経験した速度の変化の合計をVとする場合、その速度の
変化を経験した人にとっては正しいというのが私の考えです。

大きな速度の変化がある場合、その変化を静止して観測している
人にとってどのように見えるかについては、時間や空間の変化
の度合いがどの程度になるかわかりませんので単純な計算では
求められません。

ここで例にあげられている素粒子(速度vで運動する物質)が
光と違っていろいろな速度で観測される物質であるならば、
速度Vで運動する人からもいろいろな速度で観測されるという
性質は変わらないと思います。

v1やv2の速度で動く人の例についてですが、これは、v0 で動く
人が存在してその人に対してv1の速度で動く人(v0+v1)、
v2の速度で動く人(v0+v2)を仮定した場合にも、同様のことが
言えますので相対的でないとは言えないと思います。
投稿日時 - 2001-10-23 08:17:52
  • 回答No.7
レベル13

ベストアンサー率 37% (374/985)

相対性理論では光の速さは不変です。
というか、光の速さは不変という前提に基づいて相対性理論が構築されているのです。
補足コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

この光の速さが不変というのは、観測される光の速さが不変という意味だ
と思うのですが。
投稿日時 - 2001-10-22 21:00:55
  • 回答No.6
レベル11

ベストアンサー率 29% (74/253)

taro813さん、こんにちは。

taro813さんの意見を読んでいると、「光の速度は変化する」という考え方にも
何となくですが、論理性があることを読みとれます。

しかし、taro813さんの意見が物理学的に正しいかどうかまではわかりません。
やはり万人に自分の意見を納得してもらおうとしたら、特に科学の分野では
理論を構築して、科学的・論理的に間違いがないことを立証する必要がある
のではないでしょうか。

かつてアインシュタインが「光の速度は不変である」「空間・時間は運動速度に
従って変化する」という自分の意見を(彼はそれが真理だと確信していたようですが)
立証するために、特殊相対性理論をうち立てたようにです。
さらに、その理論が実証されるためには、実験・観察による裏付けも必要となります。

私は学者ではありませんので、taro813さんの意見が真理かどうかを審判することは
できません。しかし、もしtaro813さん自身が自分の意見が真理であるという確信が
あるのでしたら、ぜひともそれを体系化して発表すべきでしょう。

ひょっとしたら、taro813さんの考え方が物理学の分野で新たな道を開き、社会
的にも大きな貢献を残すかもしれませんよ。
相対性理論にしても、今の科学で正しいとされているだけで、将来に渡って不変
の真理であるという確証はありません。現に極小の世界では特殊相対性理論によ
る運動法則が成立しないことは、よく知られている事実です。

大きすぎる課題かもしれませんが、明日の科学の発展のためにがんばってください。
お礼コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

力強いご意見ありがとうございます。

ただし、わたしの意見は変化前と変化後の状態を同時に観測できない
だけで、光についても速度が変化したという表現が使える(解釈できる)
と言っているだけですので、特に新しい事実は含まれていないと思います。

どこに論理性が読み取れたのか、また、あなたの解釈された内容をご自分
の表現方法で説明していただけると、私の考えと同様なのか判断できるの
ですが。
投稿日時 - 2001-10-22 20:59:41
  • 回答No.2
レベル12

ベストアンサー率 30% (241/783)

間違っていると思います。
光の速度は、あくまで一定です。
変化しているのは、波長です。


ちなみに、最近似たような質問がありました。御参考に。
http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=146405
補足コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

申し訳ありません。わたしは観測される光の速度は同じという前提で
お話しています。わたしの考えかたがひねくれているのかもしれませ
んが、わたしが問題にしているのは別の速度で運動しているひとが観
測するであろう、観測できない光の速度のことです。

ご紹介していただいたページの taro813 は私です。
ここの別の質問に回答したものですが、議論がそれてきたので別の質
問として登録いたしました。
投稿日時 - 2001-10-22 00:50:20
  • 回答No.1
レベル12

ベストアンサー率 56% (225/397)

 はい、間違っていると思います。
 相対性理論において光の速度は変化しません。

 しかしながら、興味のある記事(論文)があります。
 2000年7月20日の英科学誌「ネィチャー」の記事によるとガスが満たされた特殊な箱の中で、パルス光を真空中の光速度300倍で通過させる実験に成功したと発表されています。

 アインシュタインの相対性理論に基づき「光速を越えることはできない。」との整合性に問題があるが、発表研究グループは「相対性理論は質量を持つ物質に適用されるので、矛盾しない。」としています。

 質量のない光を含む電磁波が条件次第で、光速を越えるとがあることを初めて確認したことになります。

 この結果を応用し、光を越える速度(光速は真空中で秒速30万キロ)で情報を伝達できる超高速通信の可能性が見えますが、その可否につき同研究グループは10年から20年先と予測しています。
補足コメント
taro813

お礼率 13% (4/29)

>相対性理論において光の速度は変化しません。
これは、観測される光の速度が変化しないという意味で使われているので
したら、わたしの主張していることと矛盾しないと思いますが。
せっかく回答していただいたのに申し訳ありませんが、この回答ではわた
しの疑問は解決いたしません。
投稿日時 - 2001-10-22 00:25:17
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