「教えて!ピックアップ」リリース!

等速で走行している電車の中にいる人がボールを真上に投げると、ボールは真下に元の位置に落ちてきます。
この状況を外から見ている人には、ボールは電車の進行方向斜め上に上がり、斜め下に落ちて元の所に戻るように見えます。これはボールに電車の進行方向への慣性力が働いたからだということです(速度も増します)。
ところで、光時計の光もボールと同じように下から上へ発せられると、外にいる人には斜め上に上がり、斜め下に戻るように見えます。
しかし、光には質量がありませんのでボールのように電車の慣性力は全く働かないはずです。ですから、光は電車の動きには関係なく、常に真っすぐ上下に運動するように思えるのですが。
素人ですので、どなたか詳しい方のご指導をよろしくお願い致します。

質問者からの補足コメント

  • うーん・・・

    皆様から頂いた色々なご指摘を受け、私は、「慣性力」と「慣性の法則」を混同していたように思います。
    それで、次を参考にしながら今一度勉強をしました。
    (69) おもしろ実験  慣性の法則を調べよう! - YouTube
    私の質問の中で、「ボールを真上に投げると・・・」は、走行電車の慣性の法則に従って起きている現象であろうということを言いたかったわけです。
    そうであるとすると、光には慣性の法則は当てはまらないと思いますので、それでは、光時計の光がボールと同じように斜めに飛んで見える理由は何なのだろうか、という疑問でした。
    ある資料では、光が下から発せられて上に届く間に電車が移動しているので到達点が進行方向にづれるから、という説明がありました。でも、これでは光の到達点が最初から決まっていたようで何か腑に落ちません。
    以上が補足の概要ですが、すみませんが、もう一度教えて下さい。

      補足日時:2022/06/23 15:19
  • どう思う?

    回答の第2報ありがとうございました。
    Endlessriverさんの「到達位置はVTだけ移動する。」にヒントを得て、私なりに走行中の電車の中で光が進む状況を添付図のように作図してみました。
    亜光速Vで進む電車における光時計の光は、ハイスピードカメラで見たら図のような動きになるであろうと想像しました。
    もしそうであるとすると、私の疑問であった光が斜め上に進んで見える理由は、光に近い速度で動く乗り物の中では、垂直に発せられた光は進行方向斜め上につながって見えるから、ということになろうかと思います。特段、相対性理論の高まいな理論は要らないような気がします。
    自問自答をしているみたいですが、以上のことについて、皆さんのご意見を再度お伺いしたいと思います。よろしくお願い致します。

    「光時計の光の進み方について」の補足画像2
      補足日時:2022/06/24 13:28

A 回答 (8件)

いいえ、これは相対性理論の話の一部です(当然)。



光速度不変の原理がしっかりと使われています。そして、うまい
ことにx方向の距離や座標(の変換)が、関係しないようになってい
ます。

また、y方向の距離は変化しないと仮定され、時間だけの問題に設
定されています。
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この回答へのお礼

本当ですね。お陰様でもう少し深く理解できました。
大変ありがとうございました。

お礼日時:2022/06/24 18:12

電車の中の人が、真上に光を出して反射して自分の元に返ってきた。

電車が動いてうようが動いてなかろうが、そのようになるというのは、良いでしょうか?
それを、電車の外の人がみたら、光がどっかに飛んで行って見えるなどということが、どうして起こると思えるのか不思議でなりません。電車の外の人が見ても、電車の真上に光を出して反射して自分の元に返ってくる光を観察する車内の人を見ることができるはずです。

同じものを観察すれば同じに見える、非常に簡単なことだと思うのですが・・。(再度言いますが、同じものを観察してどうして別々の異なった現象を見ると思えるのでしょうか?)
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相対性理論の話にガリレイ変換を持ち出すのは本末転倒


でした。
普通に vtでよかった。到達位置は vt だけ移動する。
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慣性の法則は質量に関するものだから当然、光に適用できません。


この場合の指針はガリレイ変換が成り立つという原理です。
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電車と空気と(指向性の)音の関係と同じです。

光の媒質である素電子プラズマが宇宙船と共に等速度運動しているので、光は宇宙船の立場で垂直に進みます。

『素粒子と宇宙の疑問 知りたい肝心のところをとことん具体的に解説
ーこの世界は何からできているのか 宇宙はどのように始まり終わるのかー』
https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1
「光時計の光の進み方について」の回答画像4
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あらかじめ慣性系があるとすると、このような現象は不思議なんですが、


むしろ、光は電車の動きには関係して、常に真っすぐ上下に波動すると考えればいいんです。
https://note.com/s_hyama/n/nda939a973f93
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まず、電車が加速してないと慣性力は発生しないので


質問の前提からして崩れてしまっています。

また運動する系では光の方向が変わることは、
光行差として観測されているので
あなたの「思える」は事実と反します。

また、異なる系から同じものを観測したとき
そのものの位置が同じに見えるというのは変です。

例えばある物体があなたから10 mの距離にあるとしましょう。
あなたから100 m離れた友人からもその物体が友人から10 m
離れたところに見える

ということを認めない限り、あなたの主張のようなことは起こりません。
電車の動きに関係なく、というのはそういうことです。
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慣性力は系が加速度運動しないと現れません。


したがって、質量はどちらの系でも等速運動をしています。

つまり、この現象は慣性力とは無関係となります。
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