光速度不変の原理

光速度不変の原理は何の実験のどんな理論に基づくのでしょうか

No.7 回答者： mpcsp079goo 回答日時： 2023/12/18 19:35

仮定にすぎません・・・

No.6 回答者： 海猫の怒り 回答日時： 2023/12/12 11:29

⓪　まず光速度不変は「真空中」の光速であることはよろしいですね？

たとえば、水の中と外で、棒が曲がって見えたり、プールの中で前を泳ぐ人が近くに見えたりするのは、水の中で光速が遅くなり、屈折が変わるからです

①　理論
特殊相対性理論の第２仮定として、まず設定され、それに基づく相対論の展開による数式・計算結果・実験結果が、とてもよくその事実を反映していることにより裏打ちされています

②　実験
いまや、光速度不変はそこら中の装置で利用されています
たとえば、現在、世界の工場でＩＣを作る装置は、マイケルソン干渉計で光の位相を見て、位置合わせ・倍率合わせをしています
その精度は１0ｍを0.1nm以下で計測しており、11桁以下の誤差で計測しています

　もし地球の自転や公転で光速が刻一刻変われば、世界中のICは３桁以上の誤差で使いものにならないでしょう
月までの距離を1cm分解能でモニターしている光レーダの安定性も9桁以上です
　更に最先端の重力波をはかるマイケルソン干渉計は20桁以下の誤差で稼働しています

③　悟り方の思考実験の一例
現代物理学では、光の実体である光子が、電磁気的な情報や運動量を運ぶと考えます。つまり化学や生物など世の中のほとんどの現象は、光子が伝わることで起きているのです
もし、情報と力が伝わる速度が1/10になったとしたら、人類はそのことにすぐに気づくでしょうか？
時計も実験装置も人間も、動きや情報処理が1/10になってしまうのです
光の速度は、時間よりも・物理化学の反応などよりも、上位概念であることに気づかれるのではないでしょうか？

No.5 回答者： chiha2525 回答日時： 2023/12/10 11:30

マイケルソン・モーリーの実験などが有名でしょうね。

この実験はエーテルに対する地球（地表）の速度を知ろうと行われたもので、光の速度そのものではなく９０度異なる方向を往復する光の速度差を検出しようとするものでしたが、結果は差が検出されずに後の相対性理論（光速度不変の原理）につながることになりました。

光の速度自体は良く知りませんが、１０年くらい前にＣＥＲＮで光速より速くニュートリノが到達したなどと発表して大ニュースになったことがあります。その程度には光の速度は正確に測られており、かつ異なる速度のものは見つかっていないということなのでしょう。（水中とか空気中とかだと少し遅くなるので、実際は計られていないのかも？ｗ）

No.4 回答者： tsumina 回答日時： 2023/12/08 13:01

19世紀後半、マクスウェルによって、電気と磁気の現象が方程式としてまとめられ、電磁波という電気的振動が空間を伝搬し、その速度は光速であり、光もまた電磁波の一種であるとわかった。

一方で、マクスウェルの光速度が全ての観測者に対して不変という考えは、ニュートン力学のガリレイ変換と矛盾するため、マクスウェルの方程式が間違ってるとされた。

そして、光が波なら何らかの媒体があるはずと、みんなで必死になってエーテルを発見しようと、光速を実験的に測定したのが、有名なマイケルソンモーリーの実験。

すると、エーテルは発見されず、不思議なことに光速はどのような系から観測しても同じ値。もしかするとマクスエルの方程式が正しくて、ガリレイ変換を修正すべきなのでは？と、多くの人が考えるようになった。

ローレンツやポアンカレなど、実に多くの学者が新しい変換を模索し、数式はできたが、その本質的意味がわからなかった。その変換で、マクスエルの方程式が不変になるだけ。そこで現れたのが、天才アインシュタインです。

彼は、まったく違う思考回路で、

特殊相対性原理
光速度不変の原理

というたった２つの原理をもとに、マクスウェルの方程式とは別に、ローレンツ変換を導いて、この世の中の、光、電磁波に関する現象や、これまでのニュートン力学との矛盾を、いとも簡単に説明してしまった。それが、特殊相対性理論。その座標変換は、経緯に対するリスペクトでローレンツ変換というのです。

相対性理論は、今のところ正しいとされ、世の中のさまざまな現象を正しく記述している。なので、最初の仮定は正しいとみなそう・・・こういう流れになります。

No.3 回答者： satoumasaru 回答日時： 2023/12/08 06:41

光速度不変についてはマクスウェルの方程式およびマイケルソン・モーリーの実験の当然の帰結なのですが、これを「原理」という形で数学でいう「公理」にしたのは、アインシュタインの天才のひらめきというべきものでしょう。

この光速度不変の原理と「あらゆる慣性系において物理法則は同等である」とたったふたつの原理からニュートン力学を根本からかえた特殊相対論を打ち立てたアインシュタインは偉大ですね。

No.2 回答者： endlessriver 回答日時： 2023/12/07 21:52

この原理は(本物の)原理なので、実験や理論に基づくことは

出来ません。

実験や理論では否定できないことを確認するだけです。

No.1 回答者： titeiking2014 回答日時： 2023/12/07 21:21

マイケルソン・モーリーの実験結果に基づいていますね

言うまでもないけどね