サニャック効果の論理の矛盾

質問

サニャック効果と論理の矛盾

サニャック効果はたとえば光ファイバジャイロに応用されています．
それは輪に巻いた光ファイバーのなかをとおる光から加速度を測る装置です．
輪の形状からリングジャイロともよばれています．
実用できていますが、論理に矛盾があります．論理の矛盾の有無をご回答ください．

複雑な演算を重ねた理論なので全てが正しいかのように目がくらみますが、実はその中に矛盾があります．

光ジャイロに関するそれぞれの問題点を確認する事にしましょう．
I-(1)光ファイバジャイロのリングに直進の加速度の感度が無い疑惑

光ジャイロはリング構造の輪の回転について測定するので、その論理では直進の加速度の感度を説明できぬ疑惑があるのです．

参照　http://www.phosc.jp/cms/article/000047.html
図をみると輪の回転による加速度の測定原理だとわかります．

加速度には回転と直進があり、それぞれは別の現象だし、数理上にも回転と並進は別の数理だから、片方から他方へ変換することはできません．

直進の加速度と回転加速度の関係を互いに変換できるのでしょうか．
たとえばマイケルソンモーレーの実験では直線光路を用いて、地球の運動速度と光速度を比較し、東西南北方向の差を観察しましたが、誤差程度の差しか測定できませんでした．
マイケルソンモーレーの実験にもし有意差が測れたとしても、数理に別な並進から回転の加速度を観察値から算定できるはずがありません．

そしてLIGOやカグラもマイケルソンモーレーの実験装置と同じ原理の観察装置です．

たとえばLIGOが地球の回転について生じる加速度を検知したという報告があるでしょうか？

報告がないとすれば、直進の加速度検知から回転の加速度の測定はできないと実証しています．

(2)光速度不変の原理と光ファイバー内の光の光速度変化の矛盾
実は光路の誘電率と透磁率の物性によって光速度は異なります．
でも運動は光速度に影響しません．
たとえば運動は光速度に影響がないのでドップラー効果がおきるのでした．
実際に光路長が運動によって伸び縮みした時ドップラー効果で振動数が変わるのでした．
ところが光ジャイロの輪に巻かれた光ファイバーを通る光には光ファイバーのわずかなのろまな運動から光路の長さが伸びたり縮み、長さが変化しているというのです．
ところが巻いた光ファイバーは一定の長さを測定した時点にも維持しています．

すなわち回転運動の方向性から、時計回りか反時計回りかで光路の長さに伸び縮みがあるわけがないのです．
時計回りと反時計回りで光ファイバーの輪の回転が光路の長さに伸び縮みが起きているでしょうか．

一見だまされてしまいそうですが、長さの伸び縮みは光ファイバーには起きていません．

だまされてはいけません．

光ファイバーの長さは一定です．

サニャック効果には光速度が変化したと言いたいことを隠して、光速度不変の原理に当たり障りのないことばに言い換え繕っているのです．

回転運動の方向性から、時計回りか反時計回りかでほんとうは伝搬速度または光路の長さは変化しません．

ドップラー効果は実際に光路の距離が変わりますが、光ファイバーの輪の長さは一定なので、光路の長さは全く変わりません．

ドップラー効果とは様子が違うのです．

したがってサニャック効果の論理には言質に一貫性がありません．

もし光路の運動に光速度がもし影響されるとしたら、たとえば地球上の光ファイバーは敷設方向により地球の公転から影響を受けて光速度がそれぞれ異ならねばならないのです．

それは常識に反するはずです．

これは大きな矛盾です．

回答No.4

sknbsknb2

ANo.1です。ANo.3のお礼についてです。
これを最後に回答は控えますが、老婆心ながらひとつだけお伝えしておきます。
回転運動は明らかな加速度運動なので、認識を改められたほうが、今後恥をかかなくていいと思います。
地球を周回している人工衛星の力学について調べてみると、ご自分の間違いに気づくことができると思いますので、お薦めしておきます。

お礼

ご回答ありがとう．
＞回転運動は明らかな加速度運動なので、認識を改められたほうが、今後恥をかかなくていいと思います。

直進運動に慣性運動があるように回転運動にも慣性運動があります．
独楽の運動がその回転慣性運動です．
慣性には加速がどこにも存在しないので慣性というのです．

>地球を周回している人工衛星の力学について調べてみると、ご自分の間違いに気づくことができると思いますので、お薦めしておきます。

ロケットは自動車や自転車や船と同じようにエンジンの直進動力で動いています．
ロケットの運動はしたがって自動車や自転車や船と同じように直進運動です．
だからエンジンの働きによるロケットの運動は回転運動ではありません．

自動車や自転車や船の舵が横向きの力を生んで曲がるときのようにロケットの公転運動は引力によって舵が切られた直進運動にすぎません．
べつな起因の力から受けた作用の合成された運動なのです．

回答No.3

sknbsknb2

ANo.1です。Ano.2のお礼についてです。
1.数10psの解像度で遅延を測定できる装置は普通に存在します。
さすがに手のひらサイズではないと思いますが、サンプリングオシロで検索されてみてはいかがでしょう。
2.等速直線運動でないものは、すべて加速度運動ですよ。そもそもリングの中を光が走っているなら光は加速度運動をしているし、リングが直線的に加速度運動をしているなら、合成の加速度運動になります。
3.説明を簡単にするために特殊相対論で話をしましたが、加速度運動は一般相対論の領域です。残念ながら一般相対論は私の手にあまるので、具体的な計算は辞退させていただきます。

質問者様は光ファイバジャイロに関して、サニャック効果を原理として実用化されているということは認識されているのに、自分の理解と違っているから原理が間違っているのだとお考えのようですが、普通は自分の考えが間違っている可能性について先に考えるものだと思いますが…

お礼

ご回答ありがとう．
＞1.数10psの解像度で遅延を測定できる装置は普通に存在します。・・・サンプリングオシロで検索されてみてはいかがでしょう。

サンプリングオシロは繰り返し同じ波形が測定期間中に連続していないと測れません．
加速度には変動の特性がいつもあるのでこの場合の測定に向かないのです．

1-1．　このサンプリングオシロ測定器は安定した波形を何度も繰り返し測定したのちに波形からサンプルした測定点を特定周期に合わせて重ね合せて表示する仕組みです．
ところが普通の加速度は瞬時瞬時に異なる大きさで、安定しているのではありませんから、繰り返して測る事の出来ない波動です．
したがってサンプリングオシロの解像度は加速度計には使えません．．

1-2．　相対論には測定器毎乗り物に乗って移動するなら、その方向の時間すべてが同時に遅延します．片方が遅延するわけではありません．
すなわち加速度を測るのですからサンプリングオシロの基準チャンネルに必要な基準となるレファレンス波がないのです．

1-3.　そして遅延の数１０ｐｓを測るのもまたとんでもなく高価なオシロです．
市販品で1000万円、開発中機材だと
https://femto.me.tokushima-u.ac.jp/gyoseki/PDF2005/C19.pdf
ですが、いくらかかっているものやらそれ以上の値段でしょう．

>2.等速直線運動でないものは、すべて加速度運動ですよ。そもそもリングの中を光が走っているなら光は加速度運動をしているし、リングが直線的に加速度運動をしているなら、合成の加速度運動になります。

たとえば慣性運動は加速運動ではありません．
独楽で遊んだことがありませんか？
独楽を回した後、慣性で回転運動が続きます．
ただの光ファイバーにおいて伝送光は光子に対する加速器が光子を加速しているわけでもありません．
リングファイバージャイロには加速度があったときにも、伝送光の光子は全く加速されてません．

補足

サンプリングオシロとは、かつてシーケンシャル・サンプリングオシロと呼ばれていた、超広帯域オシロのことだ．
https://ednjapan.com/edn/articles/0605/01/news081_4.html
参考
このカテゴリに分類されるオシロはすべて、LeCroy社のオシロも含めて、信号が繰り返し出現することが前提である。一定の間隔で再現する必要はないが、本質的に一定の遅延ごとにトリガー信号に従って出現する必要がある。
これは加速度信号には供えられない条件だ．

回答No.2

sknbsknb2

ANo.1です。ANo.1のお礼についてです。
とりあえず特殊相対論で。
単位時間あたりに光が進む距離を静止系ではd1(単位時間t1)、等速直線運動系ではd2(単位時間t2)とすると、静止している観測者からはd2>d1と観測されます。
光速度cはどちらの系でも同じ観測結果ですから、
c=d1/t1=d2/t2となるはずですが、t1=t2とすると矛盾が起きます。
そこでt2>t1と考えると矛盾がなくなり、観測者基準で見ると等速直線運動系の時間経過が遅くなっているという結果になります。
つまり、光速度が変わらないからこそ、時間が遅れるのです。

お礼

sknbsknb2ご回答ありがとう．
従前の論理を辿るだけのお答えでは満足できません．
論点を深めた内容の実質についてのはなしをお願いします．

１．　毎秒毎秒１ｃｍの加速度でさえ測定できるファイバーリングジャイロの感度が光速度の速度によって検知できる時間の短縮は１１ケタ目の少数というわずかな値でしかありません．
この小さな値を果たして検知できるでしょうか？

真空中では光速度毎秒30万キロメートルという速度ですが、そこに毎秒１ｃｍの速度が付け加えたとしたら、１/３×１０＾１０ですから１１ケタ下の少数の変化がしかありません．
その小数に感度をもった測定器は限られています．
恒温室に入れられた理化学研究所の６畳間ほどの空間を必要とする時計は高性能で精度が高いのですが、以外に8ケタ以下の少数を検知できる手のひらに載るほどの小さな測定器はどのような物理値に対してもほぼ現存機種には存在しません．
到底検知外なのです．
たとえばＧＰＳは現存の精度の最大の器具ですが、加速度ははかれず、測れる位置についても、１０メートルくらいの誤差があるのです．

２．直進の加速をするものに自動車や飛行機があります．
形や向きを変えず進む、直進の運動は数理では並進と分類される運動です．
だから自動車や飛行機や新幹線などの運動はみな並進運動です．
この並進運動の加速度を測らねばならないのです．
　そしてファイバーリングジャイロはWEBの図説にあるように回転に対して感度があります．
　ファイバーリングジャイロは並進に回転成分が無いことから並進に対して感度がありません．

　ところで３軸で構成されたファイバーリングジャイロは３軸のリングなので糸巻が３本あるのですが、１軸ぶんは光ファイバーをひとつの糸巻に巻いた構造です．

　この糸巻が毎秒１センチメートルの並進運動をしたとします．

そこでファイバーリングジャイロの並進運動を糸巻の直進または並進と考えると、糸巻には回転の成分はありません．
したがって、回答者のおっしゃるような時間の短縮、時間の伸長があっても回転の成分はありません．

　糸巻に何周巻きついていようとも回転運動の無い並進運動にファイバーリングジャイロの感度はありません．

３．回答者のおっしゃる通りに時間が短くなったと仮にしましょう．
ご回答者は加速度の測定ができるとおっしゃるわけですから、ご回答の内容をご説明ください．

　ファイバーリングジャイロの１軸ぶんは光ファイバーをひとつの糸巻に巻いた構造です．
3-1．　これが直進運動の加速度を検知するために、どのくらいの長さの光ファイバーを用い、どのくらいの明暗差の干渉縞があるとどのくらいの加速度が測れるか、論理を式や図説で示してください．
ダイナミックレンジは二進法の１６デジットとして、精度は2進法の１デジットを仮定してどのような加速度がどのくらいの精度でどのくらいの加速度から測れると見込めるのか、測定範囲をお答えいただきたいのです．

3-2.　同じく回転運動の加速度に関してお答えください．

回答No.1

sknbsknb2

光速度が不変だからこそ、加速度運動によって出発点への到達「時間」が変わるのでは？

お礼

ご回答ありがとう
下記のように光速度不変の原理に矛盾するお答えです．
光速度が不変だからこそ、同じ一定の長さの光ファイバーの中をとおる光は光ファイバーの加速度運動に無関係に等時間でいつもとおなじ測定点に何時もと同じ時間でたどり着くのです．
物体の運動で物体の内部を通過中の光の速度が変わるなら、観測座標を物体と同じ速度にしたとき、光の速度が変わったので光速度不変の原理に矛盾します．