相対性理論を頑なに信じようとしない人を説得する方法

質問

ってありますかね？
自分は物理学者でもなんでもないですが、時間がゆっくり流れるとかそういう話が大好きなのに友達は絶対無い、有り得ない、早く飛ぶだけで時間が遅くなるわけが無いと思っているらしく、信じようとしません。
というか信じる信じない以前にもう何十年も前に実証されてるのですが…。
人工衛星はこの相対性理論を考慮して少し時計を早く設定していると友達に教えてもやっぱり信じられないみたいです。
このままだと自分が変な事を信じてる人みたいに思われるのでなんとか友達をなっとくさせる方法を教えてください！

回答No.20

First_Noel

私は既に，＃１で書いた弁を撤回したいキモチに包まれています．
すみません，全く以って境地に達するなどオコガマシイ・・・
しかしＧＰＳの原理を混同されて相対論否定の一助となることは，
技術者として悲しいことですので，またまたまたまたの書き込みをお許し下さい．

ふと思ったのですが，これは，
「質問者さまとご友人との間のやり取り」に通じるところがあるのかも知れません．
私は努めて，「疑いようのない事実」を例示することで，相対論の有効性を記載しています．

これが質問者さまへのご回答となるやも知れません．

自然が作った現象を人間が帰納的・演繹的に解釈するとき，
人間特有の思考が混ざることで，相対論はそれ自体が真理ではなく，
相対論で記述して無矛盾な現象が自然界には確かに存在する，と言えるのみです．
それはこれまでに幾度も検証され続け，今もなお，矛盾を露呈していません．

一方，エーテルを用いた非相対論仮説では，
未だに直接・間接検出が成されていないエーテルを仮定しなければ成立しない難点があります．
又，マイケルソン・モーレーの実験の解釈として持ち出されるエーテルに関しては，
・地球の自転のみを考慮している．
・しかし太陽系は宇宙のある方向へ高速で移動している．
　地球は太陽の周りを回っているので，季節によって地球上では移動速度が変わる筈である．
・しかしそこまでを含めての無矛盾なエーテル仮説は存在しない．

一方で，エーテルに相当するものが存在するかも知れないと言う可能性を私は否定しません．
但しそれは，従来より似非科学で根強く主張される「媒質としてのエーテル」ではなく，
飽くまで，「相対論的現象の根源を成すもの」，例えば「空間の微細構造」とか，
そう言ったものではないかと一素人として考えています．

そういう物理的な話はさておいても，
以上のような理由で，「人間が作ったＧＰＳ」には「相対論が適用されている」のは，
紛れも無い事実です．人間が作ったものですから，これは確実に言えることです．

遅まきながら，誤解されている点の根源をようやく突き止めました．
以下の３点を混同されていたものだと解釈致します．

－－－－－－－－－－－－－　
(1)衛星からの時刻情報の件：

　簡単の為，＃１５では衛星からの「時刻情報」と一言で書きましたが，
　時刻表現等の「直接情報」と共に，伝搬時間を求める為の「コード」を発信しています．
　このコードは先頭位置が分かるようなデータ構造に規定されています．
　ＧＰＳ衛星はこれら「直接情報」と「コード」を，
　「スペクトラム拡散」と言う変調方式で地上へ送信します．つまり「デジタル信号」です．
　デジタル信号ですから，　単一波長λの位相や位相差・・・と言う概念は「成り立たちません」．
　（デジタル変調では，ある範囲，複数の周波数成分を有するので．
　　方形波のパルスは，単一周波数成分（単一波長成分）で表現出来ません．）

　一方，受信機は，まず「直接情報」を「復調」します．
　それで，その電波がどのＧＰＳ衛星からいつ発信されたのかが分かります．
　そして，そのＧＰＳ衛星の発信するコードを受信機内で再現する作業を行います．
　これらの結果得られる衛星からの時刻情報と，受信機の持つ現在時刻情報とを用いて，
　その差から電波の伝搬時間を求めます．
　それに光速を掛けることで，受信機と衛星との距離が求まります．

　以上を，「コード測位」と言います．

　このとき，受信機の現在時刻情報を補償（保証ではない）する為に，
　４つのＧＰＳ衛星からの情報が必要になります（空間３次元＋時間１次元）．

　この一連の測位では，衛星側でも受信側でも相対論を適用した補正が行われます．
　因みに，相対論を適用しない場合の測定誤差は，毎日衛星の時刻情報を更新（衛星の情報は
　地上からのアップリンクで更新することが出来ます）しても，数１０ｋｍとなります．

　以上は，ＧＰＳの受信機や素子を製造しているメーカーに問い合わせますと教えて頂けるものです．
　又，ネット上には様々なＧＰＳ原理の紹介のページが存在します．
　これらを，みなさまの「自由な検証方法」として提示致します．

　以上より，ＧＰＳでは，
　位相差ではなく時刻情報による位置測定が行われていること，
　そして相対論による補正が矛盾を引き起こしていないことが分かります．

－－－－－－－－－－－－－
(2)地上局からの電波発射の件：

　上記のようにして求めた現在位置の誤差は，米軍の暗号化が掛かっていた当時は，
　１００ｍと大きいものでした（現在は暗号化が解除されているので１０ｍは可能）．
　その誤差を補償する為に，地上局からの電波発射を利用した測位を組み合わせる，
　Differential GPS（ＤＧＰＳ）が考え出され，その結果，測定誤差は数ｍに向上します．
　しかしこれは飽くまで，(1)で書いた測位があった上でのことです．
　因みに，日本のＤＧＰＳ地上局の地図と有効範囲：
　http://www.kaiho.mlit.go.jp/syoukai/soshiki/toudai/dgps/p2.htm

　このＤＧＰＳの地上局利用を，根本のＧＰＳの測位原理と混同されたのでは？と推測致します．
　（アナログ信号で位相差を計測する場合，地上→衛星，衛星→地上，共に，
　　大気による位相の乱れを呈しますので，どちらが発信源であろうとも同じことです．）

－－－－－－－－－－－－－
(3)位相差を利用した測位の件：

　これは「搬送波測位」又はＫＧＰＳと呼ばれる方式で，これは確かに位相差を利用するものです．
　測位精度は数ｍｍ程度と極めて高いものです．
　しかし我々が入手可能なカーナビやＧＰＳ素子では，ＫＧＰＳは採用されていませんし，
　更に言えば，移動体（車や携帯電話）での計測では，ＫＧＰＳはとても精密な測定を行う為，
　ドップラー変位が無視出来ないので，適用することが出来ません．
　（ＧＰＳ，ＤＧＰＳは，上記の仕組みによって移動体での測位が可能．）

　上記に加えて，
　地上に近い範囲内であれば，光や超音波による位相差測定が行われることは事実です．
　例えば，レーザー変位計：
　http://www.keyence.co.jp/henni/laser/lk_g/index.jsp

　これを，現状のＧＰＳ，ＤＧＰＳの測定原理と混同されたのではないかと推測致します．

－－－－－－－－－－－－－
秋葉原や通販などで，ＧＰＳ，ＤＧＰＳの素子を安く購入することが出来ます．
下記の写真をご覧頂けますとお分かりのように，アンテナは上半球２π程度の立体角を
漠然と眺める形状のものとなっています．
http://www.furuno.co.jp/product/gps/receiver/gh81.html
つまり指向性アンテナを所有していない為，ＧＰＳ受信機は衛星が見えれば正確な
緯度・方位角を知らなくても測位が可能である証拠としてこれを提示します．
これを出すまでもなく，カーナビ搭載の車にパラボラアンテナやフェーズドアレイアンテナが
搭載されていないことからも，ＧＰＳに指向性アンテナは不要であることは自明です．

また，カーナビや携帯電話での測位精度の向上は，次の要因に因ります．
・ＧＰＳからＤＧＰＳへ．
・米軍による暗号化の解除

長々と失礼致しました．