光速度不変

Question

光速度不変はどこから導かれたのですか。いろいろなサイトでこのことについて書かれていますが、どれも納得できません。マイケルソン=モーリーの実験もエーテルが存在しないという証明にしかならない。光速度不変ということにすればマクスウェル理論が矛盾なく説明できるのでそういうことにした単なる仮定ということですか。自然、宇宙の観測などからはそれを証明できていると思うのですがそれはどういう内容ですか。

endlessriver · Answer

アインシュタインが考えたことなので、わかりません。
ただ、電磁気学の結論やマイケルソンの実験で、エーテルが無いと
すれば自然に考えられます。

finalbento · Answer

光速はマクスウェル方程式から計算できますが、その値は一定値を指します。なので「この光速は誰にとってのものなのか」がまず問題になりました。そして実験としては「測ってみたらやっぱりそうなる」と言う事実があります。

puyo3155 · Answer

導かれてなんかいませんよ。物理の一丁目一番地を勉強しましょう。

まず、

・　マクスウェルの方程式がある慣性系で成り立つ時、ガリレイ変換した座標系では方程式が成り立たないでこまっていた。

・　エーテールのような絶対座標となりうる媒体を想定したが、実験結果からそれはない。実測すると、どれもがまるで静止座標系のようになり、光速度は、どうやって測っても不変なようだ。

・　ならばと、マクスウェルの方程式が、座標変換に対して不変になるように、今我々がローレンツ変換と呼んでいる式の辻褄合わせをした。実験結果と数式の矛盾は解けたが、これが世の中の何を意味するか、だれも、まったくわからなかった。

そこでアインシュタインが現れ、

光速度不変の原理：真空における光の速度 はどの慣性座標系でも同一
相対性原理：全ての慣性座標系は等価である

というたった２つを仮定するだけで、マクスウェルの方程式を使わずとも、この現象が説明できる・・・として特殊相対性理論を組み立てた。

ってことです。

＞光速度不変はどこから導かれたのですか。

どこからも導かれていません。アインシュタインの天才的発想でそれをもとに理論を組み立てたら、現象がうまく説明できるから、それを正しいとしよう・・・ということです。１００年経っても、例外の見つからない理論です。

＞光速度不変ということにすればマクスウェル理論が矛盾なく説明できるのでそういうことにした単なる仮定ということですか。

まあ、前述したように、相対性原理とセットですが、概ね正しいです。ただ、すべての物理の理論は、単なる仮説です。単なる仮説以外の物理理論はありません。

＞自然、宇宙の観測などからはそれを証明できていると思うのですがそれはどういう内容ですか。

物理に証明などありません。特殊相対性理論にかかわらず、すべての物理理論は、その時点でもっとも確からしい仮説群のことです。数学のような証明もないし、なぜ正しいか？と言われたら、実験結果と一致して、そう考えると、理論が矛盾なく構築できるから・・・以上でも以下でもありません。

それが、物理を学んで、最初に理解すべきことなのです。

finalbento · Answer

なお私見ですが私は「エーテルが存在しない」と光速度不変の原理は同値だと解釈しています。マイケルソン=モーリーの実験が示しているのは「光速の測定において特別な立場は存在しない」と言う事です。そしてもし「Aさんの測った光速はcだがBさんの測った光速は2c」と言う事があったとすれば、光速がcに見える特別な立場が存在すると言う事になってマイケルソン=モーリーの実験の結果と矛盾する事になると思います。

finalbento · Answer

違った観点から追記を少し。

特殊相対性理論を物理理論ではなく数学の理論として説明すると「特殊相対性原理と光速度不変の原理を公理として採用した公理系」と言った表現ができると思います。公理ですから証明したり他の理論から演繹的に導き出したりする事はできません。そう言う意味では「光速度不変の原理は証明されていないし導き出されてもいない」と言って差し支えないでしょう。

もしも「光速度不変の原理が証明された」と言う表現を使うとすれば、それはあくまでも「実験的に証明された」と言う事に過ぎません。なので「将来は否定される」と言う可能性を常に持っている事になります。

PS:「将来否定される可能性がある」と言うのは光速度不変の原理に限らず、基本的にはすべての科学理論がそうです。

endlessriver · Answer

よく読んでいませんでした。根本原理ですから証明できません。なお、 >光速度不変ということにすればマクスウェル理論が矛盾なく説明できるので< ●電磁気学は特殊相対性理論を満たしています(光速度不変も)。だから、EMAN氏のサイトにあるように、電磁気学からローレンツ変換が導かれます。 >単なる仮定< ●そうです。ただ、光速度不変は電磁気学から導かれます。 >宇宙の観測などからはそれを証明できている< ●周知のように、実験・観測から理論の証明できません。

tknakamuri · Answer

もし光速が様々な値をとるとすると、
ほんの僅かなブレだけでも、天体観測は不可能になります。

星の光が宇宙を何年も飛行しつつ、波面が崩れない
ことを説明出来ません。

GOMΛFU · Answer

速度=距離÷時間
時間や距離の基準は光

s_hyama · Answer

＞マイケルソン=モーリーの実験もエーテルが存在しないという証明にしかならない。

光速度不変とマイケルソン・モーリーの実験は関係ないのだけど、あるとしてるのがインチキですね。
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13264369698

puyo3155 · Answer

＞EMAN氏のサイトにあるように、電磁気学からローレンツ変換が導かれます。

まったく違います。もともとは、マクスウェルの方程式を不変にするような座標変換をローレンツが考えたのは確か。ポアンカレも、他にも何人もいます。つまり電磁気学から作った変換式でした。

しかしアインシュタインは、電磁気学を使わずに、２つの仮定から、同等の式をいとも簡単に導き出し、その時空との意味付けをしたのです。

最初のその式を作り、つじつま合わせではあったけど、その名誉を称える意味で、その変換のことをローレンツ変換と呼ぶだけ。今電磁気学で式をいじれば当然そうなりますが、全然意味が違います。

光速度不変

アインシュタインが考えたことなので、わかりません。

光速はマクスウェル方程式から計算できますが、その値は一定値を指します。

導かれてなんかいませんよ。

なお私見ですが私は「エーテルが存在しない」と光速度不変の原理は同値だと解釈しています。

違った観点から追記を少し。

よく読んでいませんでした。

もし光速が様々な値をとるとすると、

速度=距離÷時間

＞マイケルソン=モーリーの実験もエーテルが存在しないという証明にしかならない。

＞EMAN氏のサイトにあるように、電磁気学からローレンツ変換が導かれます。

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