速度

『一般的な意味では、アインシュタインの特殊相対性理論によれば宇宙空間における物体の絶対速度という考え方には意味がない。特殊相対論では、宇宙には銀河系の運動の基準となるような特別な慣性系は存在しないとしている（物体の運動は常に他の物体に対する運動として特定しなければならない）。』
というのはどういうことなのでしょうか？
それに飛行機の速度計は何を計測しているのでしょうか？

質問者からの補足コメント

• 絶対速度はあるのではないでしょうか？たとえば地球は時速何キロで太陽の周りを公転しているとか、あるいは時速何キロで自転しているとか・・・それから類推すると銀河系だってある方向に移動しているのだとするとその移動スピードは絶対速度で表せると思うのです。「運動の基準となるような特別な慣性系」とは何のことですか？

    補足日時：2016/02/21 14:10

• 飛行機の速度計測が周りの空気に対する対気速度なのだとすると、真空の宇宙を航行している人工衛星など
  の速度の計測は？現在冥王星を観測中の人工衛星ニューホライズンは秒速14kmで航行中とのことです。今後太陽系外縁天体を観測。第一候補として選定された2014 MU69へ向かう場合は、2019年1月1日に到着する予定だそうです。

    補足日時：2016/02/21 15:13

• ある物体が移動しているとき、その物体はある移動速度を持っています。その速度は、計測するとするとどこかに基準点を定めないと数値化できません。外側外側と基準点を替えることによって計測値は変わってきます。
  ですから相対的だというのでしょう。しかし光はどのように基準点を変えていっても速度は変化しませんよね。つまり見かけの速度というものと絶対速度を混乱させてしまっているのでは？

    補足日時：2016/02/22 19:02

• 私の疑問がどうしても理解されないので、どのように説明すればいいのか迷いました。つまり物体が静止（これも相対的なのである視点においてとしてください）しているときと移動しているときはその物体は同じではありません。移動性向のある無しです。そしてその移動エネルギーは速度と呼べば何か数的に表せると考えますが、そのためには観測点（基準点）を定めないと表すことができません。相対的だといわれる所以です。しかしそれは我々の都合に合わせた数値化の便法であって、我々が観測しょうとしまいとその物体は動いているわけで、それは移動のスピードを持っているはずです。（字数制限のため次に分けます）

    補足日時：2016/02/24 15:22

• （上段より続く）空間には距離があります、距離÷時間＝速度なので速度を持っているといえませんか？もちろん視点も定めなければ出発点と到達点を測定できないとはいえますが、それはこの速度を数値化するための便法にしか過ぎません。したがってこの絶対速度を計測する手段はないのですが、だからといってこの物体が観測する視点によって相対的に数値が変化する速度を生み出すおおもとの速度というものを持っているはずだと思うのです。

    補足日時：2016/02/24 15:24

• 数多くのご回答をいただいたことに感謝いたします。多くは相対論についてご教授いただきましたが、ある程度のことは理解したうえでの疑問だったのです。ある物体が静止している状態（これも絶対座標を提示できない以上ある視点・観測点でと限定しなければなりませんが）から動きを得たとき、自己のエネルギーや他からの影響であったとしても、その物体は明らかに以前とは違った状態にあります。どなたかがご説明の中でホームに止まっている電車が動いたときそれは電車が動いたのか、電車は止まっていてホームが動いたのか二通りの見方があるといわれましたが、明らかにエネルギーを得たのは電車の方でありホームが移動エネルギーを得たわけではありません。したがってエネルギーを得て動くという動作を持った物体には静止の状態とは違った変化があるはずだ、それは速度と呼べるのではないかと思ったのです。【下段に続く】

    補足日時：2016/02/27 17:10

• 【上段より】学問的には絶対系で示される速度が絶対速度なのだとのご指摘によれば、絶対系を明示できない私の思いは絶対速度とは呼べないのでしょう。その点を混乱させてしまったことはお詫びいたします。そしてそのことにより数多くの相対論のご説明を掛けさせてしまったことを反省します。これは相対論上の疑問ではなかったのですね。Ｎo.27の方に回答していただいたように、力のベクトルの問題だったのかもしれません。数多くの方に何度もご回答いただきありがとうございました。

    補足日時：2016/02/27 17:11

No.38 回答者： kothimaro 回答日時： 2016/03/05 10:28

相対性理論では、物質も光も粒子とします。

一方、空間は何もない入れ物です。だから、その位置を考えることは出来ません。
後に残るのは、動き回る粒子のみです。これでは、どの粒子が静止しているのか分かりません。つまり、静止系はないとします。
故に運動は、物質と物質との「相対的位置関係の変化」でしかありません。

しかし、加速する車の中の私に、車の加速度に応じた強さのGが掛ります。
「絶対静止系」がないなら、この車は静止しているいや移動していると自由に考えることが出来る筈です。でも、幾ら「この車は静止している」と考えても、私の体に掛るGは消えません。
Gは「何」を基準にした加速度の大きさに応じて物体に掛るのでしょうか。

確かに、空間自体は何もない入れ物なので、その位置を考えることが出来ません。こう言う意味で「絶対静止系」はありません。
しかし、加速の基準となる「相対静止系」は存在します。そのことを「ニュートンのバケツ」で説明します。

バケツに半分位水を入れ、ひもをつけて天井に吊るします。そして回転させます。最初中の水は回転せず、バケツのみが回転します。その時、水の表面は平らなままです。次第に中の水が回転しだし、遠心力によりバケツの端は水面が高くなり、中央部分は低くなります。そして、バケツと水の回転とが同じになった時、最も水面の凹凸の差が大きくなります。
この事実から、水に掛かる遠心力はバケツと水との相対運動により掛かるのではなく、「静止している系=回転していない系」を基準にした水の回転速度に応じて掛り、水面は回転速度に応じた凹凸差となると説明しました。

この宇宙に水の入ったバケツと観測者Aのみであると仮定します。バケツと同じ速さで観測者がバケツの周りを回っても、水面の凹凸を観察すれば、バケツが回転しているのか静止しているのかが分かると説明しました。水面が凹凸になっていれば、バケツが回転しており観測者Aは静止しています。逆に、水面が平なままだと、バケツは静止しており観測者Aがバケツの周りを回っているのです。

水面の凹凸は「回転していない系」を基準としたバケツの回転速度に応じた高さで生じます。この様に「ニュートンのバケツ」は、「回転していない系」と言う「静止系」があることを証明しています。

最近、「ヒッグス粒子」が発見されました。物質が「ヒッグス場」を移動すると、ヒッグス粒子が生じ物質にまとわり付き、物質に動き難さを与えるために質量が生じます。つまり、空間にはヒッグス場と言う特性があります。この「ヒッグス場」の中を動くと物質は質量を与えられ、ヒッグス場の中で加速するとGが掛かるのです。
バケツの中の水は「ヒッグス場」を移動すると質量を与えられ慣性力が生じ、そのままバケツから飛び出そうとします。しかし、バケツによりさえぎられ、水面が凹凸となるのです。

つまり、空間は「何も無い空虚な入れ物」で位置や大きさを考えることが出来ないものではありません。空間には「ヒッグス粒子のプール」と言う「実体」があり、その位置や大きさを考えることが出来るのです。
そして、この「空間の実体」が静止系であり、Gはこの「相対静止系」を基準とした加速度に応じた強さで加速する物体に掛るのです。

また、宇宙背景輻射は、あらゆる方向から地球に届きます。そして、地球はこの宇宙背景輻射の中を370㎞/秒で移動していることが観測されています。
宇宙背景輻射は光と同じ速度です。つまり、宇宙背景輻射は「光を一定速度で伝える実体」の中を一定速度で伝わるのです。この実体は「光を一定速度で伝える」と言う特性を持つので、位置を考えることが出来ます。この実体が「相対静止系」です。では、「光を一定速度で伝えている実体」は何でしょうか。

現在の物理学では、「超ひも理論」が最も有力視されています。そして、宇宙を次の様に想定します。
宇宙開びゃくの瞬間、宇宙は非常にエネルギーの高い状態にあり、個々の「超ひも」は自由に空間を動き回っていました。しかし、宇宙のエネルギーが、100GeVになった時、「超ひも」は第三回目の相転移を起こしました。相転移とは、水蒸気が冷えて氷となる様な現象を言います。水蒸気として自由に動き回っていた水の分子は、冷えて相転移を起こし氷の分子として固定され、もはや自由には動き回ることが出来なくなります。

ここからは、オリジナルです。
ビッグバンの初期には、「超ひも」は光速を超えて自由に移動していました。しかし、宇宙のエネルギーの低下に伴い、宇宙は相転移を起こし、「超ひも」は固定され網状に繋がったと考えます。

そして、その「超ひもの網」の上を、物質や光及び重力・電磁力・強い力・弱い力の4つの力は、振動として伝わると考えます。つまり、物質が移動して見える現象は、実は超ひもの物質としての振動が、次々と隣の超ひもに伝わる現象であると思います。そして、「超ひも」の振動自体が光速で伝わるので、何ものも光速以上で伝わることは出来ないのです。

超ひも理論では、物質も光も一本の超ひもの振動として表現されます。超ひもの長さをプランク距離Lと言います。振動が超ひもの端から端まで伝わるのに要する時間をプランク時間Sと言います。超ひもの振動は光速Cで伝わります。従って、
光速C=プランク距離L÷プランク時間S=L/S= 1.616199×10^－35ｍ÷5.39106×10^－44秒=299,792.5㎞/秒となります。

ここで注意したいのは、１本の超ひも上を光は光速で振動として伝わることです。そして、真空中も同じ光速で光は伝わります。これは単なる偶然でしょうか。
真空中には、超ひもが繋がったものがあり、その上を光はそのまま光速で伝わっていると考える方が自然です。

上記で述べた通り、幾ら光の質量が0でも、光が粒子なら、エネルギーを加えると更に幾らでも加速するはずです。なぜ、光の速度は299,792.5㎞/秒が限界なのか、そのヒントは１本の超ひも上を伝わる光の速度が光速であることにあると考えます。

本来は物質も光と同様に、光速で「超ひもの網」上を伝わろうとします。しかし、「超ひもの網」である空間にはヒッグス場があり、物質がその中を移動すると、ヒッグス粒子が生じ物質にまとわり付き動き難さである質量を与えます。その為に、物質は光速未満でしか動くことが出来ないのです。

この理由により物質は、光速未満でしか移動出来ないと考えます。相転移する前の宇宙は、超ひもが繋がっておらず、自由に飛び回っていたので、光は光速を超えて移動することが出来ました。
インフレーション理論でも、宇宙開闢の一瞬あらゆるものは光速を越えた速度で飛び散ったと考えます。その後、宇宙は相転移し、超ひもが網状に繋がったので、光は光速で真空中を伝わる様になりました。

この「超ひもの網」が「相対静止系」であり、この「超ひもの網」上を物質は振動として伝わります。従って、「超ひもの網」が物質の速度や加速度の基準であり、その加速度に応じたGが物体に掛るのです。

「ニュートンのバケツ」も「相対静止系」である「超ひもの網」に対して回転しているのです。

V㎞/秒で移動する物体は、静止時に比べ√(1-V^2/C^2)倍しか加速出来ません。これは、加速器の実験やカウフマンの実験で実証されています。相対性理論では、Vで移動する物質は1/√(1-V^2/C^2)倍質量が増加した様に振る舞う「m=m0/√(1-V^2/C^2)」と表現します。

この様に、「ヒッグス粒子のプール」や「超ひもの網」を基準とした絶対速度に応じた質量増加や動き難さと言った物理現象が起こります。

詳細は
http://www.geocities.jp/labyrinth125064/seisikei …
を参照下さい。

No.37 回答者： puyo3155 回答日時： 2016/03/02 00:39

人の振り見て我が振り直せではないですが、こんなサイトはどうでしょう。

http://www5b.biglobe.ne.jp/~sugi_m/page012.htm

この手の、エセ科学サイトで言っていることに等しいかと。ここでは、慣性変動なる概念で、重力と、慣性力が区別できる云々を説明しています。

＞自己のエネルギーや他からの影響であったとしても、その物体は明らかに以前とは違った状態にあります。

これは、絶対速度云々とは別の話というのは、ご理解されたようですが。まさに、このエセ科学サイトのインチキ理論の概念とそっくりです。

No.36 回答者： ichinasan 回答日時： 2016/02/29 12:48

等価原理

質量と運動に関する“二つの法則”がある。「等価原理」と「エネルギー保存則」である。
等価原理が“質量の性質”を示すのに対して、エネルギー保存則は“質量の振る舞い”を表す。二つの法則は、「二つ揃って一個の法則」であり、いわば、「錠」と「鍵」の関係にある。すなわち、等価原理は、エネルギー保存則をもって解く以外に解きようがないということである。

等価原理には、「重力質量と慣性質量は等価」と記されている。では、「なぜ等価になるか？」と問えば、物理学者の答えは要領を得ない。「等価になる理由は、未だもって、全くと言っていいくらい分かっていない。一つ言えることは、如何なる詳細な実験を行っても、何の違いも見いだせなかったという事実のみである」　

物理学者は、等価原理を単品で解こうとして、何時までも解けないままなのである。

エネルギー保存則には「位置エネルギーと運動エネルギーの和は一定」と記されている。等価原理とエネルギー保存則は、表現こそ異なっているものの、「同じ法則？」と見紛うほどに瓜二つのところがある。並べてみよう。

※重力質量・と・慣性質量・は・等価　（等価原理）
※位置エネルギー・と・運動エネルギー・の・和は一定　（エネルギー保存則）


重ねると、「重力質量の位置エネルギーと、慣性質量の運動エネルギーは、等価であり、尚且つ、和は一定」となる。

「重力質量の位置エネルギー」とは“万有引力”のことである。「慣性質量の運動エネルギー」とは“慣性力”のことである。「等価であり和が一定」とは、同じ強さであり互いに入れ替わる、と読み取れる。要するに、「万有引力による収縮作用のすべては慣性力の斥力作用で相殺される」ということに他ならない。「万有引力＝慣性力」なのである。

尤も、現行の物理学者が、このような考えを認めることはないだろう。なぜなら物理学者は、「万有引力と重力の違い」にさえ気づいていないのだから…

No.35 回答者： cliomaxi 回答日時： 2016/02/29 02:15

>明らかにエネルギーを得たのは電車の方でありホームが移動エネルギーを得たわけではありません。

今回の質問で一番のネックはこれです。
あなたが固執しているこの前提は速度を計る上で意味は無いのです。
かなり乱暴な喩え話ですが、想像してみてください。
動いている電車の中でボールを床に動かないようにそっと置いたとします。
電車が一定速度で走っている間、ボールは動きません。
今度は電車が停止したとします。
ボールはどうなりますか？
当然ボールは進行方向とは逆方向に転がるはずです。
さて、このボールは電車の進行方向とは逆に動くエネルギーをどこから得たのでしょうか。
ここで出てくるエネルギーは電車を停止させるものですが、ボールを動かすためのものではありませんよね。

もっと乱暴に喩えるなら、試合前に験を担いでカツ丼を食べる(移動エネルギーを得た)ようなものです。
カツ丼は試合の結果とは無関係。(プラシーボ効果とかは置いておく)


ごめんなさい、以下は前回の恥のかきついでにちょっと質問者の方の質問とは外れていますがご了承ください。
ただ、あなたの疑問の解決の糸口になるよう努力します。

>逆に言うと、Uターンさえしなければ、時間の誤差修正がなされないままなので矛盾は相変わらず残ったままということですね。

矛盾などしません。
人間は経験的、感覚的、概念的には相対性理論が理解できません。(実は私も頭では分かっていても・・・)
例えば地球が平坦であると考えていた遥か昔の人達には自分が立っている場所とは逆さまに別の人間が立っていることが感覚的に理解できませんでした。(今でもどうなんだろう)
これと同じ様に双子のパラドクスのお互いの時間が遅く進んでいる様に見えることが理解できないのです。
もう一つ、前提が違うのです。
以前の回答にも書いていますが、特殊と一般をごちゃ混ぜにしています。
同じ人間というだけで幼稚園児と大学生に微分・積分の問題を解かせるようなものです。
幼稚園児に習ったこともない問題の解答が出来るはずありません。

No.34 回答者： ichinasan 回答日時： 2016/02/28 14:13

【背景放射と絶対静止系】

一定の周波数の音で満ちている世界（空間）を想像しましょう。

音は、何れの方向からも、全く同じ周波数で聞こえています。

そこであなたは、前方に進もうとし、実際に進みます。しかし空間にいるあなたには、自分が実際に前に進んでいるのか、まだ、先ほどと同じ位置にいるのか判断するすべがありません。…はたしてそうでしょうか？　

もし、あなたが前方に等速直線運動を開始したのなら、前方の音は高くなり、後方の音は低くなります。あなたは音のドップラー効果を介して、自分が音に対して「有為な速度」を持っていることが分かるのです。その世界にいる全ての人が、音のドップラー効果を介して「お互いの相対速度」さえも知ることが可能になるでしょう。


我々の宇宙は、宇宙背景放射という等方性の電波で満ちています。宇宙に浮遊するあらゆる物体は、宇宙背景放射に対して“有為な速度”を持つことでしょう。すなわち「宇宙に浮遊する、あらゆる物体の速度は、宇宙背景放射を介して、互いに結び付けられている」ということです。


兄は双子の弟を地球に残し、亜光速のロケットで出発したとしましょう。この時、地球にいる弟が受け取る“宇宙背景放射のドップラー効果が極小を示す”のに対し、兄が受け取る“宇宙背景放射のドップラー効果は極大を示す”ことでしょう。双子のパラドックスには、前提から非等方性が隠されているという“バグ”があるということです。

兄は、「宇宙背景放射に対して高速移動している」ために時間の進みが遅れるのです。では、なぜ遅れるのでしょうか？　詳細は省きますが、「時間は速度の中にはなく、加速度の中に存在する現象」だからです。「加速が可能な環境にしか時間の存在は許されない」と言い換えることもできます。

No.33 回答者： fxq11011 回答日時： 2016/02/28 10:46

わかりやすく言えば、下降中のエレベータの床でボールを転がします。

エレベーター内では横への速さだけが観測されます、エレベーターの外から斜め下への速度が観察されます。
エレベーター内に対して、外部の地表が絶対系の立場になります。
全宇宙を超える絶対系？、漫画の世界では四次元の世界なんてあります、仮にあるとすれば、そこから見れば、時間ゼロの微分でも速さ相当の変化は観察できるかもしれません。
でも、それはもはや、この世界で感じる速さとは程遠いものです、この世界でたとえるなら、重さの違いだったり、大きさの違いだったり・・・・。

No.32 回答者： eatern27 回答日時： 2016/02/27 19:18

物理的には絶対静止系があるとした時に、この絶対静止系における速度の事を指します。

この絶対静止系というのは全ての観測者に対して共通ですので、この絶対静止系における速度も全ての観測者にとって共通の量になります。つまり、ガリレイ変換のような慣性系を乗り換える座標変換を考えても絶対速度の値は変わりません。

具体例を示そうと思ったら普通のニュートン力学の枠組みでは出てきませんので、運動方程式の部分が異なる宇宙を考えるなど、ニュートン力学とは異なる枠組みで考える必要があります。


>Ｎo.27の方に回答していただいたように、力のベクトルの問題だったのかもしれません。
力のベクトルはあくまでも例であって、普通の物理学の文脈でベクトルに分類される量であれば何でも差し支えありません。

・ベクトルはx,y,z成分でその値を表現します。
・座標系を決めないとx,y,z成分の値は決まりません。
・成分が決まらないだけで、ベクトルのような実体(高校数学風に言えば矢印)は座標系を決めなくても存在している
これと同様の事をお考えなのだろうと思いましたので、4元速度というものがあるという事を#27に書きました。

No.31 回答者： ichinasan 回答日時： 2016/02/27 10:10

あるホームページより転載します。

http://www.geocities.jp/hp_yamakatsu/twinparadox …

＞■　双子のパラドックス　その２

＞兄は双子の弟を地球に残し，亜光速（0.96c）のロケットで出発し，24光年の距離ところ
＞で反転し同じ速度で地球に戻る．再会した双子のどちらが年をとっているか？

＞出発してから再会するまでずっと自分より相手の方が時計の進みが遅いことがお互い
＞に観測できる．しかし，再会時は，弟は50年，兄は14年経過している．ミンコフスキー時
＞空図からロケットが反転した瞬間に地球の弟が1.96年から48.04年に一気に年をとるよ
＞うに見える．本当にそんなことが観測されるのか．これが１つめのパラドックスである．


＞この現象はブラックホールの地平面で起こる現象と同じである．これは無限大の加速度
＞で反転するから無限大の重力が生じて，それが引き起こす現象だと考えられる．


「ロケットが反転した瞬間に地球の弟が1.96年から48.04年に一気に年をとるように見える」
…と記載されています。

これを通称「時間のジャンプ」と呼んでいるようです。ここでの時間変移がパラドックスにおける最重要箇所の一つなので、これなくしてパラドックスは語れません。

物理カテ掲示板では、みなさん普通に使用されているのでメジャーな語句かと思っていましたがそうでもなかったのですね（ググっても出てこないし(^^)）。失礼しました。

溜まりに溜まった分の時間のズレ（ここでは46年分）、すなわち、見かけと実際の間で出てくる時間の誤差が、Uターン時に一気に修正されるようです。

逆に言うと、Uターンさえしなければ、時間の誤差修正がなされないままなので矛盾は相変わらず残ったままということですね。私が提示した案件では「無限大の加速度」は出てこないので時間の修正はなされないので矛盾は残ったままです。

No.30 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/02/27 09:13

う~ん、速度をどう定義しましょうという話に

相対論を混ぜてはこんがらがるだけですよ。

まず話をニュートンカ学に限るべきでしょう。
ニュートンカ学にも特別な慣性系はないので・・・

ただ、質問者様は、測定も数値化も出来きず、定義らしいものもない
質問者様の頭の中にもぼんやりとしかない、
他人にはとらえどころないものの話しかされないので、
他人にはコメントのしようがないと思います。

というわけで、私は再離脱します。

No.29 回答者： cliomaxi 回答日時： 2016/02/27 02:03

>私の疑問の中で何をそれで説明しなければならないと？

大変申し訳ない。
他の回答者へツッコミを入れるという、はしたない行為でした。

ただ、自己弁護的に言えば、文章全体で絶対云々は幻想でしかないということに帰結しているつもりです。