4年に一度のスポーツの祭典 全競技速報中

時刻のズレと時間の進み方の違いを区別します。
     座標→
a)ーーーーーーーーーーー
  /\ /\
 ・  V  ・
 ーーーーーーーーーーー下壁
 0   1   2
b)-
 ┃
 ・
 -下壁
 0,1,2,3,4
 a)の・が壁となす角30°で反射されていきます。2回目に下壁に当たる間にb)の・は4回下壁に当たります。それはa)の・の移動距離が長いからです。
 a)の・が右へ動いていく速度と同じ速度c(cos30°)で右に動いていく座標からb)の・を見るとa)の・が2回当たる間に1回下壁に当たります。それはb)の・の移動距離が長いからです。
速度を分解します。
a)
   c  
  /30°
 ・-
なす角30°なので縦にcsin30°=0.5cの速度です。対してb)は縦にcの速度です。座標が右に ccos30°の速度で動いているときはa)の・が右に速度がなくなっちゃうので上への速度で埋め合わせてなんだかよく分からないけれどa)の・の縦の速度がcに増えます。
a)座標→ccos30°
 c  
 |
 ・
・が光でなかったならば縦の速度が増えません。増えないで vsin30°のままです。実際撞球の玉が動いてるときそれに合わせて動いても速度が増えたりしません。
a)座標→vcos30°
 vsin30°
 |
 ・
光ではなく撞球の玉でやると時間が遅れてくれません。座標の動く速度がいい感じに・の右方向へ分解した速度と合わせてある設定が肝要です。a)の・が2回壁にぶつかる時刻2にb)の・は4回壁に当たったり1回だけ壁にあたったり座標の動き方で出来事が違います。もしも光の速さが3×0.1[m/s]だったらa)の座標がvcos30°のとき光なので縦に3×10^-1[m/s]なのでしょうか?もしも撞球の玉の速さが3×10^6[m/s]だったらb)の座標がccos30°のとき球なので縦に6×10^6[m/s]なのでしょうか?

質問者からの補足コメント

  • A1:光である
    B:速さが一定である
     AならばBです。対偶は¬B:速さが一定であらない。¬A1:光であらない。¬Bならば¬Aです。速さが一定でないのに光だったりすると反例になります。
    A2:中性子星の素材の棒を前後に動かして一端から他端に伝わる動きの動きである
    物が動くことは速さです。物が動く動き具合が速さの速さです。物が動く動き具合の動き具合は速さの速さの速さです。動きが一端から他端に伝わる動きの動きの速さは速さでしょうか?
    ・がキンコンキンコンと反射されると速さは同じだとしても縦方向の速度が反対向きに変わるので速度が一定ではありません。
    電場と磁場の縦横にびょんびょんなので速さが一定でしょうか?
    たとえば音なので速さが3×10^2[m/s]です。空気を立方体に切り取って箱に入れて箱ごと動いている中の音は中の人には3×10^2[m/s]です。

    No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2021/01/04 05:03
  • 3つ目の条件がありました。
    1.光である。
    2.中性子星の素材の棒を前後に動かして一端から他端に伝わる動きの動きである
    3.3×10^8[m/s]の速さである
    1.の条件で電磁波だからというのは波が伝わる媒質が音だったら空気で実体があるけれども光はよくわからない空っぽを媒質にして伝わるので一緒に動くから一定です。
    3.の条件で撞球が3×10^8[m/s]の速さなので速さが一定である。媒質を伝わる波ではなく撞球なので一定というのがおかしいです。

    No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2021/01/04 05:06
gooドクター

A 回答 (3件)

「光速度不変の原理」とは、静止して光を観測しても移動しながら光を観測しても、光の速度は秒速30万キロと測定されると言うものです。


 例えば、時速100キロの電車を静止して観測すると、その速度は時速100キロです。しかし、時速50キロの車で追いかけながら電車を観測すると、電車の速度は時速50キロと測定されます。時速50キロの車に乗って電車と対面する形で観測すると、電車の速度は時速150キロと測定されます。

 移動する車から見た電車の速度を、電車の相対速度と言います。「光速度不変の原理」とは、光の相対速度は秒速30万キロで不変であると言うものです。つまり、光を秒速15万キロで並走しながら観測しても、同速度で光と対面する形で観測しても、光の相対速度は秒速30万キロで変らないというのです。これは、常識に反するため、大変理解しがたいのです。

 ではなぜ、この様な考え方が必要だったのでしょうか。
 電磁気力は、光の一種である電磁波が、電荷を帯びた物質間を往復することで生じます。そして、電磁気力の強さは物質間の距離の2乗に反比例します。つまり、電磁波が物質間を往復するのに要する時間の2乗に反比例するのです。
 電荷を帯びた2つの物質が並走しながら電磁波を交換すると、静止している場合に比べて、電磁波の往復距離は長くなります。即ち、電磁波の往復に要する時間が長くなるので、生じる電磁気力の強さは弱くなる筈です。
 しかし、現実には、静止していても移動していても、生じる電磁気力の強さは変りません。

 この謎を説明するために、アインシュタイン博士は、移動する2つの物質から見た電磁波の相対速度は、秒速30万キロで不変であると考えたのです。これで、静止していても移動していても、電磁波は同じ時間で物質間を移動します。だから、生じる電磁気力の強さは、物質の移動速度にかかわらず不変となると説明しました。

 しかし、幾らなんでも、秒速30万キロの光を秒速15万キロで追いかけても、同速度で光と対面しても、光の速度は秒速30万キロで変らないと言うことは理解出来ません。

 そこで次のような思考実験を行います。
 電荷を帯びた2つの物質を、一本の剛体の両端に取り付けます。そして、この装置を秒速vキロで移動させます。この2つの物質間を電磁波は往復します。
 この時、電磁波の移動距離は、進行方向(横方向)に剛体棒を向けた時静止時の1/(1-v^2/c2)倍、上下左右方向(縦方向)に向けた時静止時の1/√(1-v^2/c^2)倍となります。
 一方、秒速vキロで移動する物質は「ローレンツ収縮」し、横方向に√(1-v^2/c^2)倍短くなります。従って、剛体棒の長さは、横方向に√(1-v^2/c^2)倍短くなるので、電磁波の横方向の往復距離は、静止時の1/(1-v^2/c2)×√(1-v^2/c^2)=1/√(1-v^2/c^2)倍と、縦方向の往復距離と同じとなります。
 この仕組みにより、マイケルソンとモーレーの実験では、縦方向に往復させた光と横方向に往復させた光とが、同時に戻ることが出来たのです。

 従って、秒速vキロで移動する場合、電磁波の往復距離は静止時に比べて1/√(1-v^2/c^2)倍となります。つまり、電磁波の往復時間は、静止時の1/√(1-v^2/c^2)倍となります。

 一方、高速で移動すると物質は動き難くなります。この現象は、粒子を加速器で加速する際に見られます。粒子は光速に近づく程、加速し難くなります。秒速vキロで移動すると、静止時の√(1-v^2/c^2)倍しか動けません。従って、時計は1秒間に√(1-v^2/c^2)秒を刻む様になります。

 こうして、秒速vキロで移動する慣性系では、電磁波の往復に要する時間は、静止時の1/√(1-v^2/c^2)倍×√(1-v^2/c^2)倍=1倍となります。つまり、電磁波の往復に要する時間は、移動速度に関係なく不変なので、生じる電磁気力の強さも移動速度に影響されず不変なのです。

 この様に、現実には往路と復路の光速度は異なりますが、物理学の計算上一々往路と復路の光速度よりそれに掛る時間を計算し、生じる電磁気力の強さを求めることは無駄です。
 生じる電磁気力の強さは、電磁波の往復に要する時間の2乗に反比例するのであり、往復に要する時間は不変なのですから、往路と復路共に光速度不変と仮設して計算します。

 その様に仮設したのがローレンツ変換
①t’= (t-Vx/C^2) / √(1-v^2/c^2)
②x’=(x-Vt)/√(1-v^2/c^2)
③y’= y ④z’= z ⑤C’=C
です。

 物質は質量があるので、上記のとおり高速で移動すると動き難くなりまたローレンツ収縮する為、光速度が不変と測定されます。
 x=光の進んだ距離=Ct㎞、t=光の進んだ時間、V=もう一方の光の速度=C㎞/秒を①と②に代入すると
x'÷t'=C
と光速度不変となります。

 この様に、高速で移動すると時計が遅れ定規が収縮するので、V慣性系では時間と空間の座標が変化するのです。決して、時間と空間そのものが変化する訳ではありません。
時間と空間は絶対であり、光速度は物質が変化するので、不変と観測されるだけです。

 詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://catbirdtt.web.fc2.com/kousokudofuhennnoge …
この回答への補足あり
    • good
    • 3
この回答へのお礼

ひまろさんおはようございます。回答ありがとうございます。適当に要約します。光が電磁波なので速さが一定であるです。

お礼日時:2021/01/04 05:04

宇宙船で撞球を上下に動かして、それを見た(観測した)宇宙船の人と地上の人とで、異なる周期で撞球が上下に動くという意味ではありません。


撞球が上下に動くのはただ1つの現象でしかなく、その周期は宇宙船でも地上でも同じ(相対性理論的にいえば少し違うのですが)です。ただし撞球の速度は違います。宇宙船の人は撞球が動く速度のみしか観測されませんが、地上の人には撞球が動く速度と宇宙船が動く速度が合成された速度になるわけです。

そしてそれが光である場合、速度が同じ(という観測結果)を基にしています。ちなみに光が特別な存在であるわけではなく、たんにこの世の上限速度と同じ速度で動くありふれた存在であるために光を代表で選んでいるだけです。例えば中性子星の素材(あるいは理想剛体)の棒を前後に動かしたときに、その動きが片端からもう片端に伝わるのもの、この上限速度になるわけです。重力波なども同じですね。
この回答への補足あり
    • good
    • 4
この回答へのお礼

はにこさんおはようございます。回答ありがとうございます。

お礼日時:2021/01/04 05:02

はいッ!

    • good
    • 4
この回答へのお礼

お礼日時:2021/01/03 05:11

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

gooドクター

このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

このカテゴリの人気Q&Aランキング