光速についての質問
- 光速についての質問。光の速度は不変であるため、観測者から見ると光速で移動する宇宙船の前方への光の到達が遅く見える理由は何か？
- 光速を超えることは不可能であるため、観測者は光速で移動する宇宙船の前方への到達を確認できない。しかし、宇宙船内の光は宇宙船にとって観測者に対して超光速に見えるのである。
- 光速は超えられないが、観測者から見ると光速で移動する宇宙船の前方への到達が遅く見えるのは、光速を超えることができないためである。宇宙船内のライトは宇宙船にとって観測者に対して超光速に見えるが、これは光速の増加によるものではなく、観測者に相対的な速度の違いによるものである。
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光速についてご質問します。観測者からの光の速度は不変ですね。仮に光速
光速についてご質問します。観測者からの光の速度は不変ですね。仮に光速の99％で移動する宇宙船ａとそれを外から見ている観測者ｂとします。ａの船内から前方へライトを付けました。ライトが船内の前方へ到達する時間をｋとします。とすると観測者ｂから見た到達時間はｋより多くかからなければなりませよね。光速の99％なんで、到達するのがスローに見えるのでしょうか？ 光速は超えられないのですが、仮に光速で移動したとすると観測者は前方に到達することを確認できません。だから光速を超えることはできないということですか？また、宇宙船内の光は速度ｃで進みます。とすると宇宙船ａ内のライトは宇宙船にとっては観測者ｂに対して（1+99/100）ｃとなり、宇宙船にとっての観測者に対するライトの速さは光速を超えてしまうのですか？うまく表現できませんが、どこに間違いが有るのか教えてください。
- sarabande3107
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>ライトが船内の前方へ到達する時間をｋとします。とすると観測者ｂから見た到達時間はｋより多くかからなければなりませよね。 はい。 >光速の99％なんで、到達するのがスローに見えるのでしょうか？ 観測者ｂから見ても光はｃで進みます。 宇宙船の前方は光から逃げる形になるわけで、光が追いつくのに時間がかかる、というだけの事です。 >光速は超えられないのですが、仮に光速で移動したとすると観測者は前方に到達することを確認できません。だから光速を超えることはできないということですか？ いいえ。 相対論に基づいて光速を超えられないと解釈されているのは、もしそれができたとすると、因果律が破れるからです。 >また、宇宙船内の光は速度ｃで進みます。とすると宇宙船ａ内のライトは宇宙船にとっては観測者ｂに対して（1+99/100）ｃとなり、宇宙船にとっての観測者に対するライトの速さは光速を超えてしまうのですか？ はい、「観測者aから見た,光の速度と観測者ｂの速度の差」はｃを超えます。 しかし、それは 「観測者aから見た,光の速度(と観測者aの速度の差)」 「観測者bから見た,光の速度(と観測者bの速度の差)」 のいずれとも異なりますので、光速度不変の原理と矛盾するものではありません。
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>光速の99％なんで、到達するのがスローに見えるのでしょうか？ いいえ、違います。光は慣性系でありさえすれば、誰が見ても同じ「ｃ＝30万km/秒」です。観測者ｂにとっても光の速度はｃです。もし宇宙船のちょうど中央から前後に光を放てば同時に宇宙船の先端と最後尾に光が当たります。 宇宙船ａをそれが0.99ｃの速度に見える外から眺めている観測者ｄがいたとします。宇宙船の中の光の速度はやはりｃです。宇宙船の中央から放たれた光は宇宙船が0.99ｃで移動するため、宇宙船の先端と最後尾には時間差を伴って光が到着します。 こういう状況は、移動する物体の時計の進む速さが遅くなるということ、移動する物体は長さが縮むこと（ローレンツ収縮）、移動する物体での離れた場所の同時刻は外からすれば同時刻でないこと（同時刻の相対性）で説明されます。これをローレンツ変換といいます。 いずれにせよ、慣性系の観測者は自分が静止ととらえざるを得ないのです。他の誰かから見て速度をもっていても関係ありません。 >仮に光速で移動したとすると この状況はアインシュタインも思考実験しましたが、光速度未満の移動について、数式で充分理解されてから考察したほうがいいでしょう。現段階では混乱を招くだけです。
お礼
どうもありがとうございました。相対性理論をもう一度勉強しようと、何冊か本を読みましたがなかなか理解できません。というか、ますますわからなくなって深みにはまってしまいそうです。また勉強をします。また機会がありましたらよろしくお願いします。
- mayosilo
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「光速の99％で移動する宇宙船ａとそれを外から見ている観測者ｂとします。 船内から前方へライトを付けました。ライトが船内の前方へ到達する時間をｋとします。とすると観測者ｂから見た到達時間はｋより多くかからなければなりませよね」 いいえ。 時間の数値は同じですよ。 aとbでは時計の針の速度が違うからです。 「光速の99％なんで、到達するのがスローに見えるのでしょうか」 スローに見えるのではありません。 見ている者の時計の動きがスローであり、 時計の持ち主はそれに気付きません。 「光速は超えられないのですが、仮に光速で移動したとすると観測者は前方に到達することを確認できません。だから光速を超えることはできないということですか？」 そうとも言えますね。 「船内の光は速度ｃで進みます」 他に速度の記述が出てないのでcと名付けても意味がありません。 「宇宙船にとっての観測者に対するライトの速さは光速を超えてしまうのですか」 越えません。 あなたの間違いはaとbの時計が同じであると思い込んでいることです。
お礼
ありがとうございました。とても難しいですね。本を読んでも次から次へと疑問ばかり湧いてきます。また機会がありましらよろしくお願いします。
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