等速直線運動する電車の内部の別々の場所に時刻を合わせた時計を取り付けます。すると電車の外で静止してい

等速直線運動する電車の内部の別々の場所に時刻を合わせた時計を取り付けます。すると電車の外で静止している観測者Aからみると、2つの時計の時刻は合っていないらしいですが、理由を教えてほしいです。

No.7 ベストアンサー 回答者： satoumasaru 回答日時： 2022/06/15 18:24

ポイントは

電車の観測者から見ても、外の観測者からみても、光の速度は同一であるということです。（光速度不変の原理）

電車の真ん中で光をつけたとします。
電車の中の観測者からみたら、前方、後方、同時に光るのを観測します。
当り前ですよね、光速度不変なのですから。

これを電車の外の観測者からみたら、どうなるでしょう？
電車外の観測者が電車の中の光を観測したときも光速度不変なのです。

電車の真ん中で光りますが、後方の壁はとうぜん光った点にむけて動いていますから、光は先に後方の壁に反射します。前方にむかった光は、前の壁が進行方向に動いていますから、時間がかかります。後ろが先に光り、そのあとで前が光ることになります。

電車の中が考える同時というのと、電車外の人が考える同時というのが違ってくるのですよ。そんな無茶なと思うのですが、慣性系によって時間の概念が異なってくる、時間や空間は不変なものではないというのが特殊相対論の教えるところです。

特殊相対性理論
http://byzantine21.com/soutaisei.htm

No.6 回答者： himagene 回答日時： 2022/06/14 11:46

＞電車の内部の別々の場所に・・・

これは、例えば電車の先頭と最後尾につけた二つの時計あるいは同一車両の天井と床にある二つの時計という意味ですか。もし前者であれば、電車の長さに比べてAと電車の距離が十分長い場合には二つの時計での時間の進みは同じであり、後者の場合も時間の進みは同じでしょう。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2022/06/14 06:50

>Aに同時に着いた2つの時計の情報は、

>時計から出発した時刻が違う。
>Aにとっては、2つの時計の時刻が合っていないように見えます。

いえ、そうした情報の伝達時間の補正を行ってなお
ずれてしまうという話です。

No.4 回答者： endlessriver 回答日時： 2022/06/13 20:37

#3へ

これは光速度不変の原理のたまものです。特殊相対論の基本の基本
です。

なお、「光速度一定」なんて言葉はありません。

No.3 回答者： ありものがたり 回答日時： 2022/06/13 19:16

図を描いて考えてみてください。

時計から観測者Aまでの距離は、時計の移動にともなって変わります。
これにより、時計の情報がAに届くまでの時間も変わってくる。
よって、Aに同時に着いた2つの時計の情報は、時計から出発した時刻が違う。
Aにとっては、2つの時計の時刻が合っていないように見えます。
時計の情報は文字盤で反射した光によって運ばれ、光の速さは有限である
というだけの話です。
光速度一定とかを持ち出さなくても、ニュートン物理の範囲で説明できます。

No.2 回答者： tknakamuri 回答日時： 2022/06/13 12:32

そういうのは哲学者か神様に聞いて。

物理が主張するのは、そう仮定すると現実と合いそう、ということだけ。

現実がどのような法則に従っているかを経験から推測するのが物理。
何故そうなるかは誰も全く知らない。

No.1 回答者： endlessriver 回答日時： 2022/06/13 08:40

ローレンツ変換を使えば明らか。