光速度不変の原理について。

質問

光速度はどういう状態からみても常に一定である、というのがイメージできません。数式等だと理解ができる（正確にはできた。もう忘れてしまいました・・・。）のですが、イメージで考えると、どうしても理解不能です。誰か、分かりやすく、普通のイメージで説明してください。よろしくお願いします。

回答No.5

brogie

媒体の話がでていましたので、余談ではありますが、１つ追加します。

最近イーサネット（Ethernet）という言葉を良く聞きますが、光を伝える媒体があるとしてエーテル（Ether)と言われていました。エーテルは光を伝えますが（本当は空間そのものが媒体だそうです）、イーサネットは情報を伝えます。

このように、同じEther（ドイツ語読みでエーテル）を使用しているのは発案者も質問者のような疑問があったのでしょうか？

補足

光の媒体をエーテルと言われていたのは知っていましたが、イーサネットというのは初めて聞きました。情報を伝えるですか。量子論的なことになるんでしょうか？

回答No.4

guiter

この質問は、光速度不変そのものを説明してほしいということでしょうか？

＞数式等だと理解ができるのですが、
とありますが、光速度不変そのものは数式では理解できません。
ご質問のタイトルにもあるようにこれは原理です。
したがって、誰が見ても一定ということが普通でないと感じるなら
（日常で経験できないので誰もがそうだと思いますが）
普通のイメージで説明するのは不可能です。
根本にある原理が非日常であったというだけです。
今では光速度は定義となっており、真空中で
　c=299792458(m/s)
となっています。定義ですから誤差はありません。

hiropiro さんが理解されたというのは
光速度不変の原理によって生じる様々な現象（時間の遅れなど）ではないでしょうか？
もし、そのような現象の普通のイメージでの説明を求めておられるなら、
そちらの方はなんとか説明できるかもしれません。

お礼

光速度不変を受け入れて、色々勉強して（あまりしてませんが・・・）時間の遅れ、質量の変化等を理解したので、「光速度不変を数式で理解した」と書いてしまいました。ちょっと違いましたね。すいません。
やっぱりイメージで理解するのは無理なんでしょうか。
それと、光速度は定義であるとおっしゃられていますが、そうなんですか？私はずっと測定結果だと思っていたのですが。定義ならばそれはどのように決めたのでしょうか。またまた質問で申し訳ないです。

回答No.3

keronyan

光は波と考えることが出来ますので、（実際電場と磁場を伝搬する波で記述できます）
その媒体（ここでは電場と磁場）の性質としてその伝搬速度が決まっていると言う解釈はどうですか。

たとえば、音はその媒体によってその速度が決まっています。
この場合密度や温度などに影響されますが、光の場合その媒体が変化しないために一定に決まっている。
音の場合は運動している物から放射されても音速で進んでいくために、ドップラー効果などが生じます。
光の場合は、ローレンツ収縮や質量の変化がそれに係わってきます。
（ただ音の場合は超音速が許されるので、難しくなりますが、音自体の速度は変わりません。光で同じ効果はチェレンコフ光があります）
つまりこの世界がそうなっているから、この世界の根本の場を光の場合は媒介するので、
どこから見ての同じ速度を持っていると考えてはどうでしょうか。

お礼

>その媒体（ここでは電場と磁場）の性質としてその伝搬速度が決まっている
>この世界の根本の場を光の場合は媒介するので同じ速度をもっている
ということでは、光が一定の速度を持っているということがわかるのですが、どの系からみても一定に見えるというのが、いまいちよく分かりません。私がローレンツ収縮を良く理解していないためかもしれませんが。実際に私が勉強した時も、理解がちょっとあやふやで、今となれば忘れてしまって・・・。
有り難うございました。

回答No.2

grgr56

数式だと「ああ、そうか」と思っても普通のイメージで考えるのが難しい事って多いですよね。特殊・一般の相対性理論はその一つかと。

たとえばこんなのはどうでしょう。速度には上限があり、それが真空中の光の速度であるというのは。

列車の速度が線路脇に止まっている人から見れば６０ｋｍ/h。列車と反対に40km/hで走っている自動車からみれば６０＋４０=100km/h

ところがこの速度の足し算は光速で壁にぶちあたる。ものの速度はそれ以上速くなれない（なぜそうなっているかは知らないけど）そこで列車を光におきかえると

３０万ｋｍ/sec＋40km/h＝３０万km/sec

であるから誰からみても光の速度は一定になってしまうのであった。

この説明だと光と同じ方向に走っている自動車から観測した場合の説明がおかしくなるのはご勘弁。

P.S.今は一般相対性理論をイメージで説明できないかと四苦八苦しています。

参考URL：

http://member.nifty.ne.jp/GOtsubo/contents/science/relat03.html

お礼

速度には上限がある・・・ですか。う～ん、でもそれだと、なぜ上限があるのかという疑問が残ります。また、最後におっしゃられている、同じ方向の場合はちょっと厳しいですね。
どうも有り難うございました。

回答No.1

brogie

今晩は！昔物理をかじった一人です。

あの有名なマイケルソンとモーレの実験の結果（光速が観測者により変化しないということです）をどのように説明するかということだろうと思います。アインシュタインは光速一定と考え、ローレンツは進行方向に物体が縮むと考えました。いわゆるローレンツ収縮ですね。

　どのように考えると物理現象がより簡単説明できるかです。アインシュタインはそれで大成功を収めました。いまは、光速が一定と考えている人が殆どでしょう？

　マイケルソン―モーレの実験結果は疑いようがないでしょうから、この原点に戻って考えて見られたらいかがでしょう？　夢をめぐらし面白いことが分かるかも知れません。

お礼

物理は基本的には、現象を矛盾なく説明できれば、その理論は正しいとする、と思いますが、光速度不変の原理は、実験的に示されているので、いろいろな考え方がある、というよりも、やはり事実は１つであるきがしてやみません。うーん、どうなんでしょうか。ご回答有り難うございました。また、いろいろ考えてみます。