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光の速度は変化する？
redbeanの回答
- redbean
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特殊相対論の主張するところを簡単な例で示してみましょう。 まず、光が当たると瞬時に爆発する装置を用意します。大部分の光は 貫通しそのまま直進するとします。この装置を２個距離を置いて並べ、 両方を貫通するように細い光を当てると、爆発が２度起こります。 ２つの装置の距離をＬ(m)、２つの爆発の時間間隔をストップウォッチで 計り、Ｔ(s)とします。こうすると光の速度はＬ／Ｔで求めることが できます。これをｃと置きます。 さて、この実験を走る列車のなかから眺めている人がいます。 列車は２つの装置が結ぶ直線に沿って、一定の速度ｖ(m/s)で走って いるとしましょう。２つの装置の距離を、走った電車の中から物差しを あてて計ります。ひとりでは無理なので、物差しに沿って大勢の仲間を 配置して、ある決まった時刻に装置のそばにいた人が目盛を読みます。 このように計った距離をＬ’とします。また、２つの爆発の時間間隔 を列車の中からストップウォッチで計ります。爆発の閃光の到達時間が 違うのが気になるならば、物差しと同じように、爆発の時、そばにいた ２人の時計の時刻差を使います。これをＴ’とします。 特殊相対論によれば、以下のようなことになります。 Ｌ ≠ Ｌ’ Ｔ ≠ Ｔ’ Ｌ／Ｔ ＝ ｃ ＝ Ｌ’／Ｔ’ 上では簡単に≠（等しくない）と書きましたが、本当は「ローレンツ変換」 によって厳密に計算できます（L'/T'=c は計算すれば分かります）。 L'=(L-vT))/√(1-(v/c)^2) T'=(T-(v/c^2)L)/√(1-(v/c)^2) 以上のようにして、地上の観測者と列車の中の観測者が、同じ光の速度を 同じであると観測するのが特殊相対論の主張ですが、これは光の性質など には関係無く、「時空の性質」によるものであると言っているのが分かる でしょうか。なぜかというと、上記の２回の爆発を、光を使わずに時限 装置を用い、時間間隔Ｔとして行っても全く同じ関係式が導かれるから です。「観測できない光」などというものを持ちこむ必要もなければ、 余地もありません。 このように、光の速度が観測者によらない原因を「時空の性質」だけで 説明する特殊相対論と、光の性質にも原因を置こうとする taro813 さん の主張は異なっているわけです。 最後に、特殊相対論とは、観測者が変わると「時空がなんとなく変化する」 というような曖昧なものではなく、観測者それぞれの時空はローレンツ 変換に従う関係を持つ、という厳密なものであることを強調しておきます。
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