相対性理論について

質問

「観測者に対して動いている車両の真ん中に的を置き、両端（運転手・車掌）から光を同時に発して的に光を当てた時、運転手・車掌にも車両の外から観測している人間にも共に同時に的に当たる。」と講義で習いました。
運転手・車掌は同時に発しているのだから、同時に的に当たるのはわかるのですが、なぜ、外から見ている観測者にも同時に起こるのでしょうか？
観測者に対して車両は動いているのだから運転手の光が先に当たり、車掌の光が後に当たるのではないのでしょうか？

回答よろしくお願いします。

回答No.12

noname#77472 · ベストアンサー

同時刻に同じ座標にいる２つの光子は同時に見えますよね！
専門家さん！　つ＾＿＾；）つ

光速は一定でも座標軸のほーがひしゃげてますよね！
専門家さん！　＾＿＾；

回答No.11

sanori

＃４、＃７の回答者です。
私が回答した内容は誤りのようです。
外の観測者から見て、同時ではありません。
失礼しました。

回答No.10

moby_dick

講義を否定するので困ったことだが、参考までに。

アインシュタイン相対性理論は全くのナンセンス。
全ての観測者に対して「光速不変」は全くの非事実。

光の運動の速さは、光源に対して一定ｃ。

観測者に対しては、観測者の運動によりその相対的な光速は様々。

この場合、
地上の観測者とって、二つの光の速さはｃではない。

光が車両の慣性系に乗っている感じで、
運転手の光はｃより遅く、車掌の光はｃより速い。

回答No.9

Scull

質問者さんの疑問は尤もです。
これは「講義の解説の方が誤っている」のです。

相対論では「どの観測者にとっても真空中の光速は一定」ですから、運転手と車掌から観測して的に同時に光が当たるのは当然（運転手、的、車掌は同じ慣性系）ですが、外部の静止している観測者（ここでは駅員にしましょうか）から観測した場合は的に向かう光に付いて「車両の速度は加算されない」為に、車両が前進した分、運転士から発した光の方が先に的に当たります。

ひょっとしたら、講義の解説では駅員も車両と同じ速度、相対速度0だと解釈されているのかもしれません。

1.同じ慣性系からの観測では、車両の中点に的があるのは変わらないので、両端から発した光は中間点でぶつかります（的には同時に光が当たる）。

2.外部の観測者からの観測では、発した光が衝突するまでの時間に車両が進む為に、光の衝突地点は中間点より後ろになる（的には前からの光の方が先に当たる）のです。

これを相対論の「同時性の破れ」と言います。
※通常「同時」と言う場合は「観測者（≠駅員）にとって同時」なのが前提でしょう。

回答No.8

Tacosan

問題の条件が足りません. 「両端から光を同時に発して」とありますが, 誰から見て「同時」なんでしょうか?
・観測者から見て「同時」の場合: この場合, 車両中央の的に光が当たることはありません. 観測者からは「光が同時に出たんだけど, 運転手の光の方が車掌の光より移動距離が短いので運転手の光の方が先に的に当たる」と, 車両にいる人にとっては「運転手と車掌から的までの距離は同じだけど運転手が先に光を発したので運転手の光の方が先に当たる」と解釈します.
・車両にいる人から見て「同時」の場合: この場合は車両中央の的に同時に光が当たります. 外の観測者からは「車掌の方が先に光を発したので, 運転手の光の方が移動距離が短いけど同時に的に当たった」と, 車両にいる人からは「運転手と車掌は同時に光を発したので両方から等距離にある的に同時に当たった」と解釈します.

回答No.7

sanori

お礼文、ありがとうございました。

＞＞＞
光の速さは誰にとっても同じということは分かりました。
ということは、車掌の光が先に発せられ、運転手の光が後に発せられた結果、同時に当たったということでしょうか？

いえ。
前回回答は、車掌も運転手も、同時に光を投げたという条件での話です。

運転手と車掌は、よーいドン！で同時に光を投げたとき、
止まっている観測者からも、同時に投げられているように見える、ということです。

もうちょっと書くと、
止まっている観測者から見て、運転手や車掌が持っている時計は、だんだん遅れていっているように見えますが、
止まっている観測者から見て、両者が光を投げた瞬間も、的に当たった瞬間も、（観測者の腕時計と時刻は違えども）、同時に見えるということです。

回答No.6

noname#77472

今は馬鹿モードちうなので理解不能。　つ＾＾；）つ

http://homepage1.nifty.com/tac-lab/lorentz.html

回答No.5

yokkun831

参考まで，下記のP.10あたりをご覧ください。

http://homepage2.nifty.com/ysc/rel-hp.pdf

回答No.4

sanori

こんばんは。

まず、車両の中にいる運転手と車掌から見て、的に当たるのが動じであることには、ご異論はないかと思います。

相対論では、しばしば同時性が否定されます。
しかしながら、運転手と車掌が「投げた物体」は光です。
（真空中の）光の速さは誰にとっても同じです。
ですから、車両の外にいる観測者にとって、運転手が投げた光と車掌が投げた光とは同じ速さに見えます。
その結果、その観測者にも、２つの光は同時に的に当たるように見えます。

お礼

早速の回答ありがとうございます。
光の速さは誰にとっても同じということは分かりました。
ということは、車掌の光が先に発せられ、運転手の光が後に発せられた結果、同時に当たったということでしょうか？
二重質問で申し訳ありませんが、回答よろしくお願いします。

回答No.3

noname#77472

＞観測者に対して車両は動いているのだから

運転手の光が遅れて進んで見えて、車掌の光が進んで見えて

最終、
同時に当たるのではないのでしょうか？　つ＾＿＾）つ

あのね。
２人がほぼ同時に刺した「結果」だけはまず変わんないよ。

お礼

早速の回答ありがとうございました。
現実的に、結果が変わらないというのは分かりました。
ですが、「運転手の光が遅れて進んで見えて、車掌の光が進んで見えて」というのは、つまり、観測者に対して車両が動いているから、「車掌の先に光が発せられ進み、遅れて運転手の光が発せられて進むため、結果として同時に当たる」ということでしょうか？
私の解釈が合っているか、間違っているか、解答よろしくお願いいたします。

回答No.2

yokkun831

同じ場所で起こった２つの事象は，どこから見ても
同時でなければおかしなことになりますね。
この問題の場合，外からの観測者にとっては，
「運転手より，車掌の方が先に光を発した」
と見えるのです。異なる場所でおこった事象の場合は，
その同時性は，観測する立場で異なるのですね。

お礼

早速の回答ありがとうございます。
結果が同時になるには「運転手より、車掌が先に光を発した」と考えることは分かったのですが、なぜ「運転手より，車掌の方が先に光を発した」と見えるのでしょうか？
追加質問で申し訳ありませんが、回答よろしくお願いいたします。