相対論を否定する主張において

Question

相対論を否定するHPなどの中で、図のように、右方向に等速直線運動している箱の、光源Aから発された光を、外の静止した観測者が観測した時、光は慣性の影響を受けないので、赤線ではなく黄線のように見えるはずだとの主張をよくみかけます。

この主張は明らかに間違っているのですが、この間違いをできるだけわかりやすく説明するにはどうすべきでしょうか。

この主張は明らかに間違っているのですが、この間違いをできるだけわかりやすく説明するにはどうすべきでしょうか。

dame_dame_ · Accepted Answer

＞光は光源の運動の影響を受けないので
光源の問題は関係無く、観測者の問題です
光は静止系でも運動系でも同じ経路を通っています

静止系から見た観測者には斜め方向に光を放つように見えていますが
それが横方向に進む箱の中の観測者には上向きに進んでいるように見える
というだけのことです（その分時間の流れが変わるので光速自体は変わりません）

マイケルソンモーリーの実験はまず間違いなく正しいと思われますが
それも陰謀だと言っておられる方もおります

veryyoung · Answer

ANo.8 へのコメント拝見しました。要点を補強してみましょう。

１）下の壁から出た光は、箱に対して（見かけ上）垂直に、上の壁に到達する。これは、箱の中の観測者にとっても外部の観測者にとっても同じです。静止系（外部）から観測していても、決して箱の中に斜めの光の柱が出来るわけではありません（図e）。壁に垂直なパイプで光を包んでも光が遮られる事はありませんから、当然です。

２）静止系から見ると、この光の柱は、垂直なまま箱の運動と共に移動する事になります。一見不思議かもしれませんが、光の伝播方向（伝わる方向）はあくまでも斜めなのですから、不条理はありません。光の柱の一部を短く切り取った光パルスの伝播は、あなたの図の赤い光跡になります。

３）伝播方向が斜めだという事は、波面が傾いているという事です。前回答では、左方の時刻の進みを根拠にしましたが、もっと直接的な例で示してみましょう。平行光線の送出を点光源と反射鏡によって行います（図f）。 点光源 P から出た光は、反射鏡の右端より左端に早く到達します。反射後、上方に放たれる波面の左端が前進している事が、直観できると思います。

veryyoung · Answer

図を描いてみました。

箱の中央から先頭と後尾に放たれた光は、静止系の観測者から見ると後尾に先に到達します（図a,c）。箱の中での同時刻が、静止系では、後尾に向かうほど未来、先頭に向かうほど過去になります。これらの事は、ご存知だと思いますが、念の為。次からが本題です。

垂直に放たれた太さのある光のビーム、その波面（青線）を考えてみましょう（b)。　右へ運動している場合、左方が右方に対して時刻が進んでいるので、波面は（d）のように傾きます。それに直角な方向が光の進行方向（伝播方向）です。箱が破線の位置にある時放たれた光は、緑色の経路で壁に到達します。その到達時刻に放たれたれる光はピンクの経路で壁に向かいます。光の伝播方向は波面に従うので斜め、しかしある瞬間の描写（スナップショット）としての光の柱は垂直です。つまり、動画にすれば、垂直な柱が右に移動して行く事になります。ちょっと意外かも。斜めの伝播は光速不変ですが、垂直方向の「みかけの伝播」は遅くなります。

良くみかける斜め光跡は、ある瞬間の描写（スナップショット）では無く、光の短いパルスの進む「伝播経路」です。二種類の描像が可能である事にも注意してください。

錯覚が無いと良いですが。　不信な点などあれば、ご指摘ください。

cozycube1 · Answer

#3です、お礼ありがとうございます。

一応、相対論絡みで回答して見ましたが、不足すぎるようですので、改めて「アインシュタインの特殊相対論のどこで間違っているか」について補足してみたいと思います。

結論から申し上げると、特殊相対論の理解を誤っているのではありません。宇宙船の中で垂直に往復する光が、外から（宇宙船が速度をもつように）見える人からすれば、光の経路が斜めになる、というのはアインシュタイン以前から常識でした。ニュートンでも、外から見たら斜めになることを疑いもしませんでした。アインシュタインも疑わなかっただけです。

なぜ昔から常識だったのかといえば、観測しやすい例としては、「光行差」があります。「光行差」で検索していただければお分かりいただけると思うのですが、相対速度があると（地球は公転も自転もしているので、当然相対速度がある）、星の実際の位置（方向）から、ずれた位置にその星があるように観測されるのです。
　光行差について、相対論絡みで言えば、非相対論の式と相対論で考えた式は少しだけ違います（使う三角関数が違うだけですが）。

しかし、せっかく図まで描いていただいているので、その図で本当に特殊相対論で躓いた方の話をして見ます。HPをお持ちだったのですが、閉鎖されてしまわれました。そのページを保存するなりしておけばよかったのですが、残念なことをしました。

その方の間違いとは、こういうものです。普通は、お示しの図のように、

「宇宙船の中で垂直に往復する光は、外から見たら斜めに往復する。宇宙船の中で1秒で往復するとすれば、光速度は誰にとっても一定なのだから、外から見たら1秒以上かかって往復する。」

として、いわゆる「時計の遅れ」を説明します。しかし、躓いてしまったその方は、こう考えてしまったのです。

「では逆に、宇宙船の中では斜めに往復する光が、外から見たら垂直に往復するように見えるようにしたらどうか。思考実験として不合理な点はない。そして、宇宙船の中の時計が遅れるという『証明』とまったく同じ論理で、外の時計が遅れると立証できる。これは矛盾だ。理論の内部矛盾だ。だから、特殊相対論は間違っている。」

その方は特殊相対論を（定性的には）一通り勉強されていて、閉鎖されたHPには特殊相対論の骨子をまとめたページもありました。残念なことに、最低限の知識（光速度一定）で分かるよう工夫された『説明』を、証明だと勘違いされてしまわれたのです。

実は、宇宙船の中を斜めに往復する光を考えるためには、さらに二つの知識が必要となります。ローレンツ収縮と同時刻の相対性です。数式でこの二つを加味して計算すると、ちゃんと宇宙船の中の時計が遅れることが示されます。

このことを礼儀を正して説明したメールを差し上げたところ、丁寧なお礼とともにHPのほうを加筆修正するとの返事が来ました。残念ながら、改変されたそれは「ローレンツ収縮と同時刻の相対性は考えなくて良い」とする主張でした。「やはり私では無理だったか」と落胆しましたが、私のメールがもとで苦労してHPを書き直されたのです。該当ページを拝読したこと、自分もまだまだ勉強途上なのでさらに「従来の」相対論を勉強する旨、やはり丁寧にメールしたところ、またもやきわめて礼儀正しく丁寧なお礼のメールをいただきました。

お示しの図で、相対論を間違う例を挙げてみました。しかし、同じ勘違い（先走った考察と言ってもいい）をされる方は、その方だけではありません。複数の方が同じように「しかし、宇宙船の中で斜めの光なら」と仰っておられました。幸い、まだ勉強を始めたばかりの方々でしたので、「ここは辛抱です。それを考えるなら、あと二つほど知っておくことがあります」とお伝えして、納得していただくことができました。

質問者様の勉強がはかどることを祈っております。

tknakamuri · Answer

なんか見覚えが有るなと思ったら、
『アインシュタインの相対性理論は間違っていた：窪田登司著』に出てくる話ですよね。

光の飛ぶ方向は、光源の「向き」だけで決まり、光源の運動とは無関係
なので、MM実験は正しくないとかでしたっけ？

この結論は、

1) 光源が静止している座標系をガリレイ変換した結論と矛盾する。
   従ってニュートン力学とは相容れない。

というのはどうでしょう？

Tacosan · Answer

そういうことですね＞#3. 「外から見て赤線のように光を出している」からこそ, 「中の人からは垂直に光を出したように見える」ということ.

光の速度が有限であり, したがって「向こうの壁」に光がたどり着くには 0 でない時間がかかる. そして, その「0 でない時間」の間にも「向こうの壁」は動く.

dame_dame_ · Answer

慣性がどうとかじゃなくて単に静止系で考えると
赤線方向に向けて光を発しているってことじゃないですかね
静止系で見ると赤線の到達点が箱のA点になりますし
（箱も動いているから）
運動系では黄色線のように見えて同じA点に戻り何の問題もありません
（ローレンツ変換が成り立つ）

これ以上の説明になると世の中そうなっていて
それが相対論で説明できるとしかいえません。

世の中はそうはなっているはずが無い
実験の方が間違っている、と言われれば、
もうそれ以上は何もいえません。

tknakamuri · Answer

これだと、言葉足りずですね。
運動系からの観測がどうなるか明示しないと

cozycube1 · Answer

HPまで作っている人は、もう相対論否定に凝り固まっています。私も微力を尽くしたことがありますが、そういう人たちは決して自説を曲げません。もう、どんな物理の教科書も読む必要がないほどの物理の達人が多数おられますが、そういう方々ですら一度も、そういう間違った考えに取り付かれている人を救えたことはありません。

それでもこの場合に間違いを示したいなら、「へえ、じゃあ宇宙船の中の人からしたら、光は斜めに進むんだ」とでも言っておくことです。それで気が付けば良し。くどくど反論を始めたら、ため息でもついて黙って去ることです。

悪いことは言いませんから、そういう相対論について間違った人々（相間さん、と呼ばれます）を相手にしないことです。時間と体力の無駄です。そんな徒労をするより、質問者様が正しい物理学をさらに学んでいかれることが、最も建設的です。分かってくると、間違っている人々に正しい知識を伝えたくなることがありますが、ぐっと我慢です。彼らは決して考えを変えませんから。

それでも、まあそういう方々がどこで躓いているかは参考になることがあります。副読本としてですが「相対論の正しい間違え方」なんて本もあります。いい本なのですが、著者の一人が、以前にパソコン通信のニフティサーブで大論争をして決着がつかなかったことを、この本で憂さ晴らしに悪口を言ったりしてるので、私としてはそこだけはちょっと残念です（私個人としては、間違えたのはその著者ではないか、と思っています）。