光の速度は同じ？ 相対速度

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タイムマシンは作れるのか？（1）

を行うと、アインシュタインの相対性理論が説明されます。

時間はゆっくり進んだり早く進んだりするの話。

例えとして
新幹線が時速２５０ＫＭで走行し、真正面から別の新幹線が、その新幹線に対して時速２５０ＫＭで走行すると、体感（相対？）速度は５００ＫＭ。

次に、新幹線が同じ方向に並走するとき、隣の新幹線は動いていないように見えるので相対速度はゼロ。

それで、光に置き換えますと、
秒速３０万キロＭですれ違うと、相対速度は秒速３０万キロと変わらないそうです。並走していても秒速３０万キロだそうです。

なぜですか。空間や時間が調整される側で光だけが別格なのはなぜ？

No.1 ベストアンサー 回答者： phyonco 回答日時： 2009/01/31 21:41

現実がそうなっているんです。

光の速度は現在の技術で充分に測れる量ですが、こちらがどんな速度で運動していようと、常に同じ値になります。その値は理科年表にも書いてあるので見て下さい。そのことを理解しようとすると、「空間と時間を調整」せざるを得ないのですが、その調整は例えばカーナビ等にも取り入れられていて、それをしないと自分の位置を決める誤差が大きくなって使い物にならなくなります。光だけが特別なのではありません。固有質量が０の粒子はすべてそうなります。ですが、固有質量が０で、われわれにとって最も身近でありふれた粒子が光だったのです。

この回答へのお礼

では、光速の新幹線に乗って、窓の外の並走する新幹線（これも光速）を見ると、光が秒速３０万キロなので、窓の外の並走する新幹線があっという間に走行前方の　かなたに遠ざかるのでしょうか？　どんな風に見えるのでしょうか？

お礼日時：2009/01/31 21:56

No.8 回答者： hamakkotarou 回答日時： 2009/02/01 20:18

物質の移動する速度と物質から放出された振動（光）の到達する速度（一定）

とは区別することだと思います。

No.7 回答者： phyonco 回答日時： 2009/02/01 13:58

No.1 phyoncoです。

「光速の新幹線」というものがそもそも存在し得ません。質量を持った物質は、どんなに加速しても光速度に到達させることができません。有限速度から光速度に乗り換える慣性座標変換が存在しないのです。光速度にいくらでも近づくことは原理的には出来ますが、しかしそれは光速度ではなく、そのような「新幹線」から見てもやはり光は光速度で飛んで行くのが現実です。

この回答へのお礼

そこはレトリックですから、
光そのものに乗車していただいたケースでも構いません

お礼日時：2009/02/01 19:48

No.6 回答者： tadys 回答日時： 2009/02/01 09:52

マクスウエルはそれまでバラバラであった電気現象と磁気現象の関係を4つの方程式にまとめ上げることに成功しました。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF% …
この方程式を解いてみると電気と磁気がからみ合って波の形で伝わる回答があることが分かりました。
その速度は当時測定できていた光の速さに一致したので光はこの電気と磁気の波（電磁波）であるとみなされたのです。
ところが不思議なことにこの波は誰から見ても常に秒速30万キロメートルである事になっていたのです。
このことは当時のニュートン力学の計算とは一致しないものでした。
この不思議を理論面から追っていたのがローレンツで彼は有名な変換式を見つけました。
同じく実験面から追っていたのがマイケルソン＆モーレーです。
彼らは観測者が動いていることによる光の速度の差を見つけられませんでした。

光の速さが観測する人によって異なることが無いというのは理論面からはマクスウエルの方程式が
実験面からはマイケルソン＆モーレー及びその後の多数の実験から裏付けられています。
ですから「なぜ」という問いには「そうなっているから」としか答えようがありません。

「なぜ」と問うのを止めて「そうなっている」から出発したのがアインシュタインです。

この回答へのお礼

アインシュタインは、考えるのをやめて、現実を受け入れたと？

お礼日時：2009/02/01 10:02

No.5 回答者： cozycube1 回答日時： 2009/02/01 06:06

>なぜですか。

空間や時間が調整される側で光だけが別格なのはなぜ？

　マイケルソン＆モーレーの実験が発端ですが、何をどのように何度やっても（現在では大学生の実験レベルです）、慣性系から見た光速度は一定という結果しか得られないからです。一度だけ、米国のミュラーという人が光速度が可変という結果を得ていますが、追試の結果、他の研究者はおろか本人さえも再現できず、何かの間違いだろうということになっています。
　アインシュタイン以前にオランダのローレンツは光速度可変だが空間が収縮するという説で説明しようとしましたが、実験の結果、却下されました。ただし、彼の式は正しいので、これをローレンツ変換と呼んでいます。以降、あらゆる慣性系から見て光速度は不変という原理を、科学者は採用しています。
　慣性系では、そこにいる観測者はあくまでも自分は静止と考えるのが基本です。観測者と相対速度を持つ他の慣性系については、時間が不変で速度を単純に足すガリレイ変換ではなく、ローレンツ変換を使って結び付けます。
　これに「何故？」と問いかけても答はありません。だから光速度不変の「原理」と呼ばれているのです。何故か分からないが、（重力がなく真空での）光速度だけは別格なのです。そのため、時間や空間のほうを歪めるしか、物事を説明する手段がなくなってしまいました。それが特殊相対性理論です。これを勉強したかったら、たとえば以下のようなものをどうぞ。
http://books.google.co.jp/books?id=u_1_ip6U_N8C& …

No.4 回答者： adasw-12 回答日時： 2009/02/01 00:09

秒速３０万キロＭの宇宙船内部は静止系になっています。

そのガラスから入って目に見える光速度はC

蛍光灯の光はC
部屋に入る太陽光はC
宇宙の運動＋銀河系の運動速度＋地球の公転８ｋｍ/sが増えてもCはC

これと同義

この回答へのお礼

そもそも、光速ロケットが並走していて、窓ガラスから、並走するもう一方の光速ロケットにいる人が手を振っている様子は見えるのですか？

お礼日時：2009/02/01 11:30

No.3 回答者： hisappy 回答日時： 2009/01/31 23:44

相対性理論に関して、我流で解釈してみた内容だとこうなります。

光速度不変と相対速度は実は別物。［前提となる私的解釈］

「光速度不変」で言われる秒速３０万キロは、
どのような観測条件のもとで測定しても
「光」という信号が伝わる速度が秒速３０万キロ。
一方で、ある時点で発せられた光の粒
便宜上「光分子」としますが、この移動速度が秒速３０万キロ。

どちらも秒速３０万キロですが、この解釈にて
例えば地球から発せられたある時点の光と共に
観測者も光の速度で併走できたとして一秒後どうなるか？

併走したので実は光分子はすぐ隣にあります。
でも観測してみると観測結果は３０万キロ前方になってしまいます。
（この辺りから我流の解釈がややこしくなってくる。）

隣にあるのに３０万キロ前方という、矛盾したような状況なのは
光の速度に対して遅い世界を基準にしたまま見ているからで
空間や時間での歪みによって矛盾無き状況となるようにしよう…
というのが相対性理論の一つだと考えています。

これをもう少しスッキリ分かりやすく説明しようとすると
四次元、五次元あたりの人達の視点を三次元に適用した
「完全絶対座標軸」（私的造語）が必要になるのですが、
それを持ち出すと分かり難くなるという本末転倒な事態になるので
省略します。

でも、その「光の速度」の話をみていると
「電流の伝達速度」と「電子の移動速度」という
工学部の電磁気学のあたりの話を連想するのは私だけでしょうか。

No.2 回答者： e_o_m 回答日時： 2009/01/31 21:42

相対性理論というのは

・光の速さはどのような見方をしても(止まったり動いたりして見ても)一定（光速度不変）
・物事をどのような側面で見ても(止まったり動いたりして見ても)起きていることは同じ（相対性原理）
（・時間と空間の等方性）
という２つ（３つ）の仮定を元に組み立てられた理論です。
時間・空間というのは光を基準に定義されているので、別格といえば別格の扱いをされています。

この仮定の下に話しを進めると、実は新幹線を真っ正面からみてもその相対速度は500kmとはなりません。（実際は500kmよりも遅い）
ただし今の場合のように、光の速度に比べとても遅い速度の時、相対速度はほぼ500kmです。
これが光の速さに近づけば近づくほどどんどん相対速度は遅くなっていき、それが光速に等しいときは相対速度も光速となってしまいます。（そもそも光速はどこから見ても同じ速度という仮定の下に組み立てられた理論なので、相対速度も光速となるはずですね）