光行差について

質問

光行差がサッパリ分かりません。雨が降るときに斜めに感じられる、という例えも分かりません。実体験では確かに実感はしますが、何故なんですか？中学生に分かるような、簡単な言葉で教えてください。よろしくお願いします。

回答No.2

burahuman · ベストアンサー

簡単な言葉で書きます。
まず雨粒が時速50キロで落ちている時にahopandaさんも同じ速度で横方向に進んでいる状態を考えます。
この場合貴方から見て雨粒は時速50キロで後ろ向きに動いている事と同じですので雨粒の軌跡は下向きの速度と後ろ向きの速度を合成した線を描く事になります。方眼紙に時間を細かく分けて描いてみればわかりますよ。

雨粒の速度
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↓-------------→・この点が貴方から見たある時間後の雨粒の位置
　　　↑
貴方の速度の反対向き

以上雨粒の説明でここまで理解して戴ければ今回は十分だと思います。

次に光の場合ですがこれは考え方は雨と同じなのですがより深く理解するために相対論的な現象を考慮する必要があります。

絶対的な真理として【真空中で観測者から見た光の速度はいついかなる時も30万キロ/秒である】という事実を受け入れて頂いて。
次に
貴方の速度を20万キロ/秒とするとこの両者を合成した光はピタゴラスの定理で斜め後ろ方向に貴方から見て36万キロメートル/秒で観測されます・・・・と言う事は絶対にないのです。
【観測者から見た光速は必ず30万キロ/秒】ですからこの斜め成分も30万キロ/秒の筈ですが、しかし作図すれば誰がどう見ても36万キロ/秒になる気がします。
ここで相対性理論では時間の遅れと言う考え方を取り入れてこの矛盾を回避しているのですがこれは単なる屁理屈ではなく様々な観測の結果間違いないと言う事がわかっています。

補足

頭が悪くてごめんなさい。雨が後ろ向きに動く、とはどういうことなんでしょうか？

回答No.3

burahuman

難しく考え過ぎないでください。
自分が前に進めば対象物は後ろへ下がったように見えると言う意味です。
例えば電車が前に動き出せば乗客から見て周囲の景色が後ろ向きに動いているように見えます。特に隣に車両がある場合など一瞬どちらが動いているのか分からない事がありますよね？そういう経験無いですか？

これは位置と言うものが相対的、つまりどちらがどちらへ動いたのか区別ができないと言う意味です。
ですから自分が前に動いた事と雨粒が後ろへ動いた事とは同じ事なので先ほどの右向きの矢印が成立するわけです。

物理を単なる計算問題としないで根源的な部分を真剣に考える事はとても素晴らしい事と思いますよ。
しつこいほどの追加質問をお待ちしています(^^

お礼

分かりやすい解説をありがとうございました！やっと理解できました。
明日のテストもこれで大丈夫です。本当にありがとうございました。

回答No.1

lowrider_2005

雨の例えは多分小学生にもわかるような説明なのだと思うけど・・・
まずは、光も無限の速度ではなく、雨粒や弾丸と同じ限界のある速度で進むものだということを（無理やりにでも）理解することが大前提になりますが、そこまでは大丈夫ですか？

補足

はい、光の速度も雨粒も速度が有限であることは知っています。