光の速度と屈折と相対性理論 相対性理論では光の速度はいつも一定で時間と距離が観測の動き方で異なると聞

光の速度と屈折と相対性理論
相対性理論では光の速度はいつも一定で時間と距離が観測の動き方で異なると聞きました。また、光は水に斜めから入ると速度が変わるので屈折するとも聞きました。
光の速度は絶えず一定なのですか、一定ではないのですか？
光の速度が通る物資で違う時は何が１番遅い速度になるのですか？

質問者からの補足コメント

• 返答、ありｇ

    補足日時：2020/04/20 12:02

• たくさんの返答ありがとうございます。返答を理解するのも難しい様なので、ベストアンサーを選ぶのもビビってしまいます。

    補足日時：2020/04/20 12:14

No.5 ベストアンサー 回答者： head1192 回答日時： 2020/04/19 18:48

一般相対論まで拡張すると、

「光は、その時空の最短経路を、光速度で移動する」
となる。

光が進行する時空をA、観測者が属する時空をBとする。
AとBが同じ性質なら、Aに属するものから見てもBに属するものから見ても、光速度は同じである。

しかしAとBの性質が違う場合、Aの時空内では光速度でも、Bから見ると違って見える。
Aの時空がBから見て曲がっていれば、Aの内部では直進していても、Bから見ると曲がることになる。

これがいちばん顕著に現れるのがブラックホール周辺である。
ブラックホール近傍では、時空が滝のように特異点に向かって流れ落ちている。（例のアリジゴクの二次元近似図を想起されたし）
このため、ブラックホール近傍の時空から見れば光は光速度であるが、無限遠の時空から見た場合、滝登りをする鯉のように、光は流れに押されて遅くなる。
これはブラックホールに近づくほど顕著になり、シュバルツシルト半径付近で光は外に向かって進めなくなる。
光は相変わらず光速度で進行しているが、その進行の場である時空自体が光速度で特異点に向かって流れ落ちているからである。
（なので、「時間が止まる」などというのはあくまで無限遠から見た物言いである。現実に吸い込まれる光から見れば連続して自分は落下を続け、いずれ特異点に到達する）

光は密度の異なる物質に侵入した場合、高密度側に屈折する。
これは、アスファルトの道路を進んでいた自動車が、片輪が路側の砂利にはみ出すとそれに足を取られて砂利側に回転する、それと同じことである。

また、マクスウェルの電磁方程式から導かれる光速度は物質の存在を仮定しない、つまり真空無重力の状態での速度である。
物質中ではその物性に合わせて光は速度を変える。

この回答へのお礼

ありがとうございます。光は真空が１番速く、大気→海→ブラックホールとなって、ブラックホールが１番遅くと言うか、速度が０になったり、もしかしたらマイナスにもなりそうですね。
物理は自分にはブラックボックスですが理解出来ると楽しいです。

お礼日時：2020/04/20 12:31

No.6 回答者： ななのたか 回答日時： 2020/04/19 21:16

光の速度が一定になるのは「真空中においてだけ」です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。真空が１番速い様ですね。

お礼日時：2020/04/20 12:20

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2020/04/19 15:25

一定なのは「真空」の光速度

です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。真空が１番速い様ですね。

お礼日時：2020/04/20 12:32

No.3 回答者： kuma-gorou 回答日時： 2020/04/19 15:18

光に速度はありません。

例えば、光の速度で進む宇宙船に時間はありません。
自由空間で30万Km/hと云うのは、固定された位置からの観測速度。
これが、相対性理論。

ガラスや水の中では、光の速度は遅くなります。
その為、屈折して近道を通ります。
つまり、近道して、見かけ上、30万Km/hで進むのです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。aの電車で光がでると、aの空間で観ている人は前の的にも後の的にも同時に着くけれど、bの電車の外から観ている人にはズレて着くと言う考えてですね。電車が光の速度だと……。……は時間がなくなる辺りの答えになるのかな。この辺がイメージ出来ない。

お礼日時：2020/04/20 12:52

No.2 回答者： s_hyama 回答日時： 2020/04/19 15:12

一定なのは、

電磁気学において、自由空間（じゆうくうかん、free space）とは一切の物質が存在しない仮想的な空間である。真空中の光速および、真空の透磁率、真空の誘電率といった物理定数により定義される。https://ja.wikipedia.org/wiki/自由空間

でも自由空間も絶対静止座標系もないから、同じ慣性系で、真空の光速が一定なので、光速度として定義されてるだけ

光子は静止もするよ？

研究チームは、真空室に、金属元素であるルビジウム原子を満たし、絶対零度近くまで冷却した（原子を、ほぼ静止状態にした）。そしてこの原子の雲に、ごく弱いレーザーを使って光子を照射した。原子の雲に入ると、光子はエネルギーを失い、劇的に減速した。https://wired.jp/2013/09/30/photonic-molecules/

だから古典の相対論がいうような、光速度不変の原理に縛られる必要は観測されてないよ

この回答へのお礼

ありがとうございます。かなり難しいのですが、絶対零度の原子の雲で光がエネルギーを失うと言う事は絶対零度の原子の雲はブラックホールに近い様な気がしますね。絶対零度や光子を調べてみます

お礼日時：2020/04/20 13:06

No.1 回答者： cn94 回答日時： 2020/04/19 14:54

>光の速度は絶えず一定なのですか、一定ではないのですか？

相対性理論等の定説では一定とされています。しかし未だに観測できてないので不明です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。たぶん自分は一般相対性理論と絶対相対性理論の違いが解らないのだと思います。調べてみます。

お礼日時：2020/04/20 13:11