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光の速さは本当に一定なのでしょうか?
過去に何度も実験を行ったが乱雑であったり一定と計測出来なかったりで証明できてないような記事がありました。
ただ、光の速さが一定であれば筋が通ったり都合が良いので一定でも良いとまとまったと書いてありました。
実のところは光が一定かどうかまだ誰もわからないのではないかと思いました。
私の考えとしては光に質量があれば、光の速度も変化するのではないかと考えました。
しかし、光は波と考えた記事を読んだ際は光には質量などの概念がないのかもしれないと思い光の自体が歪む事があっても光の速度は一定だとも考えられるため迷っているというか、光という存在に混乱させられます。
皆様はどう思われますか?
偉人の知識や結果に従うのも良いですが、実際のところ本当に正しいかはわかりません。なので、自分なりに間違っていたとしても以上のように仮説を立てるのが好きで今回のような質問をしました。
どうかよろしくお願いします。
ただ、重力により光が歪むってことは光にも多少の質量はあるのかなと思ってしまいますが。
光が歪む理由もイメージもうまくできていません。

A 回答 (20件中1~10件)

光子のイメージを変えてみることかな。



現在、17種類の素粒子でまとまった理論の標準模型を概念的に理解してみる。

力を伝えるボゾンも、物質を作るフェルミオンももとをたどれば波。空間の中に場が存在し、その場が振動し、その励起したエネルギーの塊が素粒子。他の場所に伝わることで、粒子が移動したり、力が伝わったりする。

なので、ミクロに見ればすべては波なんですよ。物質も力も。波だから、普通に考えると質量がないのが自然ですね。なのに、ヒッグス場の影響を受ける素粒子だけが、質量をもつようになった。光子はヒッグス場と相互作用しないので、質量0のまま。

だから超高エネルギー状態だと、弱い力を介在するウイークボソンも質量0で光子と同じになるのが電弱統一理論ですよね。その状況では、クオークも、レプトンも質量を持たなくなります。

だから光だけでなく、質量のない素粒子は、場の最高速で本来飛び交うが、質量を得た素粒子だけはそれが出来なくなる・・・って考えると自然ですね。

一方で、われわれが普段物質の質量と感じているのは、上記の素粒子の質量はほとんど関係ない。99%は、強い力で陽子や中性子に閉じ込められれた結合エネルギーなのです。相対性理論で、静止質量云々を討議しているのは、マクロの話だとわかりやすいですね。実際に静止できるから。一方で、素粒子は波だから、そもそも静止できない。静止できないものの静止質量を討議することは、わかりにくいですね。

マクロとミクロ、波と粒子、思考はいったりきたりしますが、面白いですね。
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あの光に質量があったら光速度に達しない気がするのですが、どうなのでしょうか?>


質量がある物質は、v=cになる時に、m=m0/√(1-(v/c)^2)__①の式が∞になるので、光速度に達することが出来ません。光はm0=0、v=cとして生まれるので、生まれた瞬間から式①はm=0/0なので、あなたの「光は特別なので加速しなくても光速度のまま」が正しい理解と思います。また「加速して?光速度に達することができるくらい光は軽い質量と言うこと」は軽さはm0=0だから極限の軽さだから、もう一歩突っ込んで、「加速しなくても光速度のまま」と言うのが正しいです。
いろいろなエネルギの、いろいろな波長の光があるのになぜ光は同じ速度か。その原因は光の速度は個々の粒子の性質」ではなくて、空間の性質だからです。宇宙空間は、光の波を速度cで伝えるようにできているからです。誘電率ε0と透磁率μ0を使うマクスウェル方程式の電磁気学が成り立つ空間では光の速度は波長によらずc=1/√ε0μ0となります。これを認めると、
「光の速さは本当に一定なのでしょうか?」は「マクスウェル方程式の電磁気学は、宇宙空間のどこでも本当に成立するの?」という質問に行き着く。「宇宙はどこでも同じようにできている。」という原理を宇宙原理という。これは、証明されているわけではない。
今まで、研究されて、大きな矛盾は発見されていないが、皆が信じています。もし、自分の実験室では、宇宙がよそと違う構造になっていると信じる人は、どこで実験したらよいのでしょうか。
電磁気学は、ニュートン力学と違って相対論と矛盾しません。それで、私は、自分の中では、わけのわからない疑問をあまり感じていません。宇宙全体で成立しない電磁気学では、学ぶ気がしません、
太陽から莫大な光が地球に降っているので、光に質量があったら地球がつぶれるという議論もありました。しかし、光子に一つでも静止質量があればm=m0/√(1-(v/c)^2)は∞になるから、地球がつぶれることになる。だから、莫大な光が地球に降っているという議論は無駄です。光には質量も運動量も有って、地球に影響を与えています。そして質量や運動量が0光子は、その光子自身が存在しません。ひとの意見はいつも正しいとは限りません。
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この回答へのお礼

なるほど、majimelon37さんの意見はなんとか理解できました。
たしかに今の時代、正しいとは言われても複雑な話になると何が正しいかわからなくなってきます。
光は生まれた時から光速度と言うのも間違いではないかもしれません。
ただ、物理の世界は矛盾が無ければ良い世界なので何が正しいのかわからなくなる時があります。
光や相対性理論も本当に正しいかも私はアインシュタインでないのでわからないため、合っているかは別として、自分なりに理論を持つのが良いのかもしれません。

お礼日時:2018/10/27 23:14

光に質量がないという解説が多いが、それは素人考えです。

正しくは、静止質量がないというだけです。
エネルギーと質量は本質的に同じものと考えるので、光量子のエネルギーをEとするとE=mc^2にそうとうする質量mがあるとすると、エネルギー保存則と同等な質量保存則が成り立つと言えます。
相対論の有名な速度vの物体の質量の式m=m0/√(1-(v/c)^2)__①を使って説明すると、光以外の普通の物質は静止質量はm0>0なので、速度vがcになると分母の√の中が0になるので、m=∞になってしまいます。光の場合を考えると、光速度はcだから、やはり分母が0になるので、m0=0でなければならない。この時m=0/0となり、不定の式だから、光量子のエネルギーの質量を求めるために、式①は使えない。
式①のもとになる式E^2= m0^2・c^4+p^2・c^2__②を使うと、光はm0=0だから
E^2= p^2・c^2__③となる。光の運動量はp=hν/c__④である。これを③に入れるとE=hνとなる。
hはプランクの定数、νは振動数である。光の質量は②の運動量に起因するものだけである。
光量子の速度が0になったとすると、質量も0になるので、光量子自体が消えるので、静止質量が0ということもあり得ない。静止質量が0の光子は、それ自体が存在しない。「静止」という字を略して言えば、「質量が0の光子は存在しない。」。これが「光の質量は0である。」の別の表現である。
光の運動量も存在して、運動量保存則も成立するので(コンプトン効果の実験で検証)、もし光に質量があったら太陽光で地球がつぶれるという話は誤り。太陽光は地球にぶつかって、作用しているのは事実である。
素人考えだけをめぐらすのは役に立たないから、勉強して下さい。
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この回答へのお礼

どうもありがとうございます。
あの光に質量があったら光速度に達しない気がするのですが、どうなのでしょうか?
あるいは、加速して?光速度に達することができるくらい光は軽い質量と言うことでしょうか?
もしかしたら、光は特別なので加速しなくても原理はわかりませんが光速度のままなのかもしれません。

お礼日時:2018/10/27 19:31

>都合が良い


正しく言うと、一定でないと訳の分からない説明をしなければならないので、真空中の光速は一定であることに「決めた」と言うことで、余程面白い理論でない限り議論の対象から外されています。
値も「定義」しました秒速299,792,458mです。
>光が歪む
光路がゆがむのです。
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>あの、光子に質量がないとするとなぜ曲がるのでしょうか?


ニュートンカ学は重カが物体に加わるから曲がると解くけど
相対論だと4次元時空の測地線に沿って運動すると説く。
後者は幾何学の話で物体の重さとは無関係。何が「真っ直ぐ亅なのか
という話。

しかし、二ュートン力学も、重力場が同じなら物の通る道筋は
重さをどんどん無限に小さくしていっても変わらない。

では0になった瞬間にプチっと軌道が変わるのか?
ニュートンカ学では答えられませんが、
如何にも不自然です。
一般相対論では、曲がるということが無理なく出てきます。
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>偉人の知識や結果に従うのも良いですが、


>実際のところ本当に正しいかはわかりません。なので、

危ないな~。これは自分の無知に対するものだと解釈しときます。
これを科学者に対する最大級の侮辱とうけとる人も少なくないと思いますよ。
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>あの、光子に質量がないとするとなぜ曲がるのでしょうか?



質量があると空間が歪むのです。歪んだ空間を光子はまっすぐ進んでいるだけです。曲がっていません。
地球儀で、東京から、サンフランシスコまで最短距離で糸を貼ると、地球上の球面では真っ直ぐですが、平面の地図だと大回りしているように見える。
次元は違いますが、あれと同じことです。一般相対性理論を、勉強してみてください。なんちゃって本もたくさん出ています。

>質量がなく曲がるならば光は空間上にある触媒みたいなものを伝わって進むと思うのですが、

違います。なぜか、この世は、場がいたるところに張り巡らされている。場が振動して、励起したエネルギーが飛び交っているということです。媒体はありません。
なお、光子だけでなく、電子含めて、すべての素粒子は、場のエネルギーの励起であり、われわれが感覚的に思う、粒子は、この世に存在しません。
電磁気学、それと量子論が融合した場の量子論、素粒子の標準模型等をかじれば、その感覚はわかると思います。

とまあ、残念ながら、あたなの現在の知識や感覚でどんなに考えても、これらの説明は理解できないのです。やはり、なんちゃって本でもいいから、古典論以外のことを勉強してみることをおすすめします。
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疑問を持つことは良いことです。



No.6さんも書かれていますが、実際に観測してみる、あるいは、どのような実験をしたら光速が一定か一定でないかを確かめられるか、というのを考えてみるのは、非常に良いことです。また、もしかしたら同様のことを過去の人がすでに実験でやっているかもしれませんから、昔の人がやってみた実験というのも参考になると思います。
現在ではレーザー光線なども簡単に使えますし、非常に精密な光格子時計などもあります。

ありえないのは、理論で決まっているから。これはバカです。理論がこの世を造っているわけではありません。この世の姿を理論にしているのです。

他の人が正しいに決まっている、これもバカです。バカの限界なのでしょうが、バカだけではないので人は今まで発展できたのだと良く分かりますね。
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この回答へのお礼

たしかに、参考書を読んで知識だけの人間になったり、なんの疑いもなく吸収するのは私もあまり好みません。
本に載っている事すべてが正しいわけではないですからね。
どうもありがとうございます。

お礼日時:2018/10/19 21:23

車の制限速度60Km、その車本当に速度60Kmで移動している?。


地球の自転速度、公転速度、太陽系事態回転しているとも。
すべて相対的にしかとらえられない中で、相対性を完全に排除しないと計測は不可能と思います。
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なお、数多くあるもののうち、光だけが偶然速度一定・・・っておかしいと思うなら、もっと勉強をすすめて、素粒子の標準模型に関連する理論を学べば、いいと思います。



あたなが思うような、物質や光は、ミクロに考えるとなくって、粒子も力も、17種類の素粒子に行き着く。ものを作る電子などがフェルミオン。力を伝える光子(すなわち光)が、ボゾンです。このミクロの世界を考えて行けば、すべては場の振動といういうか、エネルギーの励起というか、そういう感覚がわかります。光子にかぎらず、場の振動を考えるとむしろ、素粒子には、質量がないのが当然・・・となるのに、長い間悩んだ結果、このまえようやくヒッグスの発見によって、素粒子が質量をもつ仕組みが解明された・・という流れです。全ては振動。全ては波。だから質量がないように感じるけど、ヒッグス場とやりとりする素粒子だけが質量を持つ。光子は、やりとりしないから、質量0のままってことです。

また、一般相対性理論を考えれば、遠隔作用としての重力は否定されていますね。質量があると空間が歪む。その歪みで重力が生じているっていうことですね。光が大きな星のまわりで、曲げられるのは、星の質量によって空間が歪み、歪んだ空間を光は、まっすぐに進んでいるだけ・・・ということになります。

つまり、いろいろ勉強すれば、マクロに見えていることには、ミクロの理由があったり、古典論で遠隔作用とされたものも、すべて場を行き交う素粒子の近接作用として説明されているのがわかる。わかると、光だけが偶然速度一定なわけではなく、この世の空間は、遠隔作用のような魔法はなく、伝達する限界速度があり、光は質量のない粒子だから、その限界で伝わるだけ。他にも質量のない粒子は、同じスピードで伝わる・・・って考えると、全体的なつながりが理解できるかもしれません。

もちろん、なぜ場がある?なぜ空間が?って、別の本質的問題はあるし、標準模型と一般相対性理論は統合されていないけど、質問のような100年前の思いつきを、その後の経緯を勉強せずに質問しても、ナンセンスだということが、少しは感じていただけるかと。

がんばってください。
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この回答へのお礼

解答ありがとうございます。
少し勉強します。
あの、光子に質量がないとするとなぜ曲がるのでしょうか?
質量がなく曲がるならば光は空間上にある触媒みたいなものを伝わって進むと思うのですが、仮にそうならば、その触媒に質量があり、強い重力などにより曲げられる事で、その触媒を伝わる光も曲がって見えるのでしょうか?
どうかよろしくお願いします。

お礼日時:2018/10/19 18:58

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○-10℃の氷・・・分子は振動している。でも互いの縛りあいを断ち切るほどではないので形が保たれる。。
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○80℃の水(お湯)・・・分子同士がくっついたり離れたりを繰り返すが、振動はとても強く、ここに体の一部が入ると、強い振動が伝わって静電気の力の弱いたんぱく質がちぎれ(分解され)「やけど」になる。(長時間では「煮物」「焼き物」になる(泣))
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なお、「冷気」は次のように理解するのはいかがでしょう。
 空気を構成する窒素や酸素は、水に比べて分子同士の縛りあう力が弱いので、10℃程度では液体にならない。でも10℃では体温を奪う。これは、テーブルの上で止まっている10円玉に、もうひとつの10円玉をぶつけた場合に、止まっていたほうが動き出しぶつけたほうが止まるイメージ。これが「熱を奪われてひんやり」する状態。
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QF=mgを使わずに体重計って作れますか?

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これの複製を百個作れば、天秤で100KgまでKg単位ではかれます。
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左のF=10×1=10、右のF=1×10=10、で釣り合います、
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QF=mgやオームの法則などの式はどのように単位を定めたり、実験したり、理論的に考えて導いたのでしょう

F=mgやオームの法則などの式はどのように単位を定めたり、実験したり、理論的に考えて導いたのでしょうか?
経緯が詳しく書いてある本やサイトはありますか?
重力加速度の実験に関しては加速度の単位を設定してから実験して、グラフから9.8m/s^2と導いたのか気になります。

Aベストアンサー

①法則はどうやって出来たのか?

F=ma が最終的にどうやってたどり着いたのかはわかりませんが、一般的には、

F*t 力とかけた時間で、
m*v 物体のもつ勢いみたいなものが生じる

とすれば、

Ft=mv
F=mv/t
= ma

のように不変化したのではないか?・・・って言いますね。(実際には、微分ですが簡潔にして・・・)
まあいずれにせよ、思考過程は、型になったプロセスではなく、思いつきだったり、思考の飛躍だったり、積み上げてたどり着いたりいろいろです。

思いつけば、実験をして確かめる・・・ってこともあるし、
実験がさきにあって、それを示す式を、知恵を絞って考える・・・ってこともある。

さまざなな人の努力の結果です。

②単位

まず、法則があろうとなかろうと、速度や、加速度は、定義がそのまま単位になる。
一方で、物理法則の結果、法則ができたら、すでにわかっている、時間、距離、速度、加速度などをあてはめ、新しい物理量の単位を想定し、
それが複雑なら、新しい定数で変換して、シンプルに数字を扱えるように単位を定めるってだけのことかと。単位はあくまでテクニック。
先に単位を決めることはなくって、法則がわかって、単位を割り当てるってこと。

ただ、今は、いろいろな単位がわかっているため、未知の法則を導き出すために、単位を比べて、辻褄をあわせ、単位から、法則を導くこともあります・・・・

>重力加速度の実験に関しては加速度の単位を設定してから実験して、グラフから9.8m/s^2と導いたのか気になります。

ちなみに、重力加速度・・・と言っている時点で

・ 万有引力の法則
・ 運動方程式

から、
・ 重力加速度は常に一定
・ 重力=質量*重力加速度

てことがすでにわかっているってことですね。なので、あとは、ものを落として、加速度を計測すれば、数値が出ますね。

①法則はどうやって出来たのか?

F=ma が最終的にどうやってたどり着いたのかはわかりませんが、一般的には、

F*t 力とかけた時間で、
m*v 物体のもつ勢いみたいなものが生じる

とすれば、

Ft=mv
F=mv/t
= ma

のように不変化したのではないか?・・・って言いますね。(実際には、微分ですが簡潔にして・・・)
まあいずれにせよ、思考過程は、型になったプロセスではなく、思いつきだったり、思考の飛躍だったり、積み上げてたどり着いたりいろいろです。

思いつけば、実験をして確かめる・...続きを読む


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