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光速度が不変なのには理由がありますか？
光の速度は不変だという法則があり、 これに基づいてアインシュタインは相対性理論を構築しました。 ではどうして光の速度は一定なのでしょうか？ 物事には何か理由があるはずです。 光速度が一定でないとなにか都合の悪いことでも起こるのでしょうか？ （宇宙が崩壊するとかいうたぐいの…） 理由についてわかっていることがあれば教えてください。 あるいは実験の結果そうなっているという事実が確かめられただけなのでしょうか。 よろしくお願いします。
- yoshinobu_09
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## 光の速度が一定でないと都合の悪いこと ## 光の速度が一定（ローレンツ不変性）であるという仮定の下に、相対性理論をはじめ、現代物理学の理論は構築されています。もしこの仮定が覆るようなことがあれば、それは重大なパラダイムシフトが起こることでしょう。 恐らく、現在までの観測結果から、光速度が不変であるということは近似的にしろ、正しいといえると思います。もし、違いが有るとすれば、ある特殊な状況で、非常に小さい値だけ変動する可能性があるということです。（つまり近似的には不変と見做せるということです） （宇宙が崩壊するとかいうたぐいの…） 宇宙が崩壊すると何か物理学にとって都合の悪いことがありますか？此処で言っているのは、現実に崩壊していないのに、そうだとすると「矛盾」すると言うことですよね。矛盾することが都合が悪いのなら、なにも宇宙が崩壊しなくてもよいですよね。最初に書いたように、現代物理学で予測される結果と現実があっているということが、光速度不変の原理が成り立たないと矛盾するということです。 ## 物事には何か理由があるはずです。 ## 科学(特に物理学)では、Howについては説明しますが、Whyについては何も語りません。何か理由があるはずというあなたの思い込みが間違っているということです。これは科学的に検証不可能な内容です。 ## 実験結果 ## 「実験の結果そうなっているという事実が確かめられただけなのでしょうか。」 と、あたかも矮小なことのように表現していますが、科学において、実験結果が全てです。このことを忘れてはいけません。どんなに美しい優れた理論でも、実験結果とあわないというその一点だけで、その理論はゴミ同然の価値のないものとなります。 ## 最後に ## 光の速度はちなみに一定ではありません。正確には真空中の高速度が一定ということです。媒質中の光の速度は真空中の光の速度より遅いです。なので、媒質中の光の速度より早い粒子は存在します。その際にはチェレンコフ光を出したりします。
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- mide
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実験の結果、光速度が一定と考えられているいうこともありますが、次のようなこともいえます。 光は電磁波、つまり電界と磁界が相互に発生して空間を伝播する波で、その挙動はマクスウェルの方程式に従います。 この方程式からは、真空中の光の速度は真空の透磁率と真空の誘電率によって決まることが導かれます。真空の透磁率と真空の誘電率は常に一定で、系の速度と関係ないので、光速度はどの系においても一定ということになります。 ではなぜ真空で透磁率と誘電率は一定かというと、それは真空の性質ということになるのでしょうね。
- piricara
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現在のところ、(真空中の)光速はあらゆる条件において一定で、変化しているのは、時間の進み方や、長さなのだ。 を、基本原理として、理論を組み立てていくと、それまでの実験結果と、理論に矛盾が無く、理論を実証するための実験を行うと、理論通りの結果を得ることができるので、相対性理論は、正しいと考えられています。 将来、新しい観測機器で、われわれの想像していない観測結果が現れる可能性は十分存在し、あるいは、光速は一定ではなかったのだが、一定と観測される理由を元にした理論が、すべての実験結果と矛盾しないなら、新しい理論体系として確立する可能性はあります。 物事の存在に理由があるとする考えは、科学というより哲学的と思います。科学をもっと研究すれば、本当は偶然に生じた結果が現在の世界であることがわかります。
- sqwe-ir
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定規が、時間と距離から、光速に変わっただけ。 さほど不都合は無い。 しかし、宇宙の膨張や、収縮、超重力などの理論は、もう、ニュートンで説明出来る限界をはるかに超えてしまっている。 物理学は行き詰まってしまう。 ＞光速度が一定でないと 宇宙の後退速度が分からない。 原子１個のエネルギーが算出出来ない。 原子と宇宙は光速式を取り入れれば＝に近いと証明出来ない。 仮説と仮定だけで、宇宙像や原子を知る事が出来なくなる。
- kaitaradou
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回答ではないのですが、エネルギー保存則などについても同じような質問をしようと思えばできると思います。ほかにもたくさんあるように思うのですが・・・。
- shiara
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光速度不変は、実験に基づく原理ですので、別の原理から導かれるものではありません。ただし、次のような考え方はできます。この世界に時間という概念が存在しえるのは、光速度が不変だから、といものです。もし、光速度が慣性系によって違ってくると、ある慣性系から見て光が止まっていることもあり得ます。そうすると、その慣性系では時間が流れないことになります。すべての慣性系が同等であるためには、すべての慣性系で時間の概念が必要です。したがって、この宇宙に時間が存在するためには、光速度は不変でなければなりません。
- nanashisan
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物事には何か理由があるはずというのは間違いです。 なぜの質問に答えがあったとしても、その答えに対してそれはなぜという疑問が永遠に出てきます。それ以上理由を出せない(出す必要がない)ものを原理といいます。 光速不変は原理なのです。光速不変が原理として認められたのは、下の方が書かれていますが実験によるものです。 光速が一定でなくて困ることは何もありません。 それに合わせて理論を構築し直すだけです。
- mako11223344
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ブルーバックスの「四次元の世界」という本に、光速度についての 記述がありました。１０年前くらいに読んだので内容ははっきりと 覚えていませんが、こんな内容だったと思います。 光が波の性質を持っているのは昔から知られていましたが、その媒質 が何であるかは誰にも分かりませんでした。そこで分からないけど媒質 があるはずだということで強引にエーテルという媒質を考え出しました。 この空間（地球上や宇宙）はエーテルで満たされていて、それが振動する ことで光が伝わるというものです。 今度はそのエーテルの存在を証明しなくてはならなくなりました。 そこで、エーテルは宇宙空間に満たされていて地球はその中を動いてる （公転運動）ということは、赤道方向と子午線方向では光の進み方に差が 生じるはずで、互いに直角の２方向（たとえば南北と東西）に光を同じ 距離だけ飛ばしてその到達時間の差を読み取ることが出来れば証明になる だろうと考えられました。で、この実験を実際に行いました。 これはマイケルソン・モーリーの実験と呼ばれています。 結果は、到達時間の差を読み取ることが出来ませんでした。 昔の実験とはいえ、精度や実験方法に十分気をつけて実験そのものには 問題が無かったにもかかわらず光は東西、南北に同じ距離を同じ時間で 走ったのです。 これに屁理屈つけてなおエーテルは存在するという主張もありましたが、 結局エーテルの存在を証明するどころか、エーテルの存在を否定し、 観測者の運動方向に関係なく光は常に同じ速さで走ることの証明に なってしまいました。 そして、アインシュタインはこの結果を元に光速度不変の原理をたて、 特殊相対性理論を構築しました。 要するに観測者の運動の方向と、光の進む向きによっては光の進む速さ が違う、ということが実験で証明出来なかったので、光の速さは常に 等しいという結果になったのだと思います。 ちょっと強引な感じですが、なにぶんうろ覚えなのでご容赦ください。 間違ってたらごめんなさい。
- kochory
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理由があるかないかすらわからないというのが正しいですかね。 そもそも本当に光速度が一定かどうかも、決定しているわけではありません。 観測の範囲内では一定で、また一定だとするといろんな現象を説明するのに 都合がいい、というだけのことです。 もの凄い長い時間で考えれば、光速度は変化しているかもしれない、 という学説もあります。 （トンデモではありません。興味があれば、『光速より速い光』という本を読んでみてください。）
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