相対論 船外視点で1波長のパルス光の伝播は図の左右どちらになりますか？

相対論 船外視点で1波長のパルス光の伝播は図の左右どちらになりますか？

『相対論の正しい解釈』
https://note.com/abikonobuhiro666/n/nfdf7fa0ed859

抜粋

光の伝播が、場が等速度で連続的に動くものなら真の経路と見かけの経路を見分けることはできないが、実際には光の伝播は、場(の変化)が次の場を生み出すことで進むものであり、場(の位置)自体は動かない。これについては、光の、「電場の振動と磁場の振動と進行方向が互いに直行する進行波」という情報にのみ基づく、およそ現実とは思えない描像 抽象概念
https://jp.quora.com/%E5%AE%87%E5%AE%99%E8%88%B9 …
においても同様である。むしろ「力線の出没点 場のベクトルの始点」という明確なものがある分説明しやすい。文字通り具体的な伝播機構については何も言っていないのでそのまま受け取ると、宇宙船の天井から真下に発した光の進行方向を表すz軸≒真の経路を構成する、力線の出没点は、やはり宇宙船視点で不動で船外視点では水平方向に移動する。光の伝播において力線はその場で伸び縮みするだけで力線自体は移動せず、力線が伸び縮みする間 場の強度が変化する間、出没点はすべての視点で光源の真下にある。したがって、船外視点の「斜めの光の速度」は、水平方向の「力線の出没点の移動速度」と垂直方向の「光の伝播速度」の合成すなわち見かけの速度になる。

中略

相対論が成立するのは、光の「場の強度が0(力線が出る直前の出没点の状態)の点がz軸上をほぼ連続的に移動する」という側面においてのみであり、相対論には光を多面的に(描像のまま)捉えるという視点が欠けている。最初の「力線の出没点 場のベクトルの始点」をp1、前述のz軸上を移動する「場の強度が0の点」をp2とすると、最初の場の振動が終了した時点でp1はすべての視点でp2の真上(光源の真下)にある。p1はz軸≒真の経路を構成するものであり、p1が存在しない「船外視点の斜めの経路」は、p2の経路ではあるけれども真の経路ではない。真の経路≒半直線p1p2であり、「p2の経路」は「半直線p1p2」の必要条件、「半直線p1p2」は「p2の経路」の十分条件となる。船外視点で真の経路≒z軸は垂直のまま水平方向に移動する。p2の経路は無限の視点それぞれに存在するが、真の経路は一つである。「一つの光(1波長のパルス光)の伝播」とは、「z軸上のすべての点で場が一回振動する」こと、「点(p2)の移動」ではなく「直交する二つのS字の移動」である。最後の「場のベクトルの始点」をp3とすると、p3で場の1振動が終了するまで、「直交する二つのS字」がp3を通過するまでが「一つの光の伝播」である。p3は光の到着点であり、p3の位置はすべての視点で光源の真下でなければならない。船外視点で、線分p1p2は斜めか垂直か、「直交する二つのS字」を形成する「場のベクトル」の始点は斜めに並ぶか垂直に並ぶか、「直交する二つのS字」はp2の後方斜め上か真上か。前者なら「場のベクトルの始点」は「船外視点で不動」で「光は斜めに伝播」し「相対論は成立する」が「宇宙船視点と異なる位置で場が振動する」という矛盾が生じる。後者なら「場のベクトルの始点」は「船外視点で水平方向に移動する」から「光は斜めに伝播」せず、「光が伝播によって進んだ距離は宇宙船視点と同じ」で、船外視点の「斜めの光の速度」は、水平方向の「場のベクトルの始点の移動速度」と垂直方向の「光の伝播速度」の合成すなわち見かけの速度になり「相対論は成立しない」。

質問者からの補足コメント

• 

  この図って「1波長パルス光」が5個出てるのですか？

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2025/03/02 15:32

• 

  ＞正弦波の図は平面波のものでしょう。
  
  違います。
  
  ＞平面波になる為には
  
  ならなくていいです。

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2025/03/03 13:49

• 

  ＞しいて選ぶなら左図
  
  あなたの図を見るとそのようです。しかしそれだと「宇宙船視点と異なる位置で異なる方向に場が振動する」という矛盾が生じないでしょうか。

  No.4の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2025/03/04 16:34

• 

  ＞放射口の下から光柱がずれる事などありません。
  
  「放射光」と「光源」を混同しています。付け足した線上に「光源の電子」があります。

  
  No.6の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2025/03/06 14:08

• 

  「放射光」→「放射口」

    補足日時：2025/03/07 13:59

• 

  光は電場の振動と磁場の振動と光の進行方向 伝播軸が互いに直交する進行波ですね？したがって場のベクトルと伝播軸の交点がありますね？ここまでいいですか？交点は船外視点で静止してますか？それとも水平方向に移動しますか？最初の交点をp1とすると、p1で場の1振動が終了した時点でp1はどこにありますか？p1が「船外視点で、光が出た瞬間に光源があった位置の真下」から動かないなら、宇宙船が真下に進む視点では図の左下のようにp1の位置は光源の上になり、宇宙船視点と異なる位置で場が振動することになるので、船外視点で交点は移動するというのが私の考えです。
  
  そして平面波にも意味はありません。図の左上ならそもそも光は斜めに伝播しているし、右下でも線分p2p2´は斜めに進みます。線分p2p2´はp2の集合だからです。

  
  No.10の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2025/03/11 15:54

• https://jp.quora.com/%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E8%AB%96 …
  
  この方の考えでは光の伝播とは光子がぷぷぷぷっと出てくる

  
  No.11の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2025/03/17 15:27

• 

  つまり問題は、伝播速度とは「光子の移動速度」か「光子の、伝播軸(に対する)上の移動速度」かということです。
  
  船外視点の光の1波長分の伝播は、光子が垂直に並ぶ、図の右のようになります。光子の移動速度がcなら、1波長分の(伝播軸に対する)伝播速度はcより遅くなります。
  
  伝播軸は光子1個にもあります。光子から出ている場のベクトルと直交する方向が伝播軸です。光子の移動速度がcなら、光子の、伝播軸上の移動速度はcより遅くなり、光子の、伝播軸上の移動速度がcなら、光子の移動速度はcより速くなります。

  
    補足日時：2025/03/17 15:48

• 

  要するに船外視点の光子の移動速度は、水平方向の伝播軸の移動速度と垂直方向の伝播速度の合成。

    補足日時：2025/03/18 11:45

No.2 ベストアンサー 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/02 09:30

1波長パルス光の伝播、しいて選ぶなら左図でしょうが、放射部の描像がまずそうです。

正弦波の図は平面波のものでしょう。平面波になる為には放射口の径 D が波長 λよりもずっとずっと大きくなければなりません。指向性の半値角が約 λ/D [rad]であることはご存じでしょう。放射「点」でなく放射「面」に修正した図を添付いたします。伝播方向へは光速、かつ移動する放射口の直下から逸脱する事なく、床に到着します。

この回答へのお礼

お礼日時：2025/03/02 14:45

No.11 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/11 18:50

No.10 にいただいた補足コメントに関してです。

＞ 場のベクトルと伝播軸の交点がありますね？
　ベクトルの交点とは聞きなれない言葉ですが、どこの事でしょうか。

　一波長をいきなり点光源の下に置くから不可解が生じるのだと思います。波が押し出されて来る時々刻々にどうして注目されないのでしょう。例えば左下の場合、放出過程で波長が圧縮され、本来ドップラー効果の説明図となる筈。一波長が形を維持して光源に押し戻される描写は不合理でしょう。

No.10 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/09 16:31

No.9 にいただいたコメントは理解できませんでした。

平面波に関する誤解から生じたものでしょうか。
　伝播軸とは特定の一本の線を意図したものではありません。単なる方向表現です。
https://teamcoil.sp.u-tokai.ac.jp/lectures/EL2/c …
の上図の左右方向、矩形面を垂直方向に貫く無数の直線の束と言ってもよいでしょう。その全ての線に wiki のアニメーションが同時に存在しているのが平面波です。ベクトルの交点なる語はそれ自体で奇妙ですし、不動の意味も解せません。

No.9 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/09 08:32

No.8 にいただいたコメントに関してです。

　繰り返しになりますが、wikiのアニメーションは平面波のものです。「伝播軸を並行にずらしたあらゆる場所で同じ電磁界分布」になる状況下での一つの代表軸です。つまり放射源は平面、あえて言うなら位相同期した放射点群です。伝播軸の電磁場強度は各放射点からの寄与の総和として定まっているのです。平面波らしくなる為には前記放射平面は少なくとも数波長必要でしょう。あなたの図の放射口には大きさが無い。そのそばに放出不可能な平面波の一波長を、いきなり出現させている。辻褄の合わないのは当然です。

＞ 場のベクトルの始点

　奇妙な響きですが、ベクトル場のベクトルと空間（幾何）ベクトルとの混乱はありませんか。閑話休題、点光源にこだわりがあるならば、なぜ球面波らしい形態のご提示がないのでしょう。
https://teamcoil.sp.u-tokai.ac.jp/lectures/EL2/c …
の下図のような。
　発光源が右に速度を持つなら、左より右の波面間隔が狭まります。方向性を付与したければ、発光源を放物面鏡の焦点に置けば良い。開口部を放射口に見立てれば、波の様子は私の図に一致するでしょう。一方でもし発光源の近傍界（near-field）に相対論の不合理を見出そうとお考えなら、λ/4 程度の球内部の電磁界を探る事になるでしょう。

＞ 結論としては「1個の」蛍光またはガンマ線は存在しない・・・

どうして、そのような結論が導かれてしまうのでしょう。

この回答へのお礼

平面波でいいですが、伝播軸はあるんですね？伝播軸と場のベクトルの交点は、宇宙船視点と船外視点のどちらにとっても不動ですか？

お礼日時：2025/03/09 13:16

No.8 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/08 09:58

No.7 にいただいたコメントに関してです。

＞「1個の」蛍光またはガンマ線が、たまたま真下に出た場合

　波としての表現なら、球面上の拡がりに応じ、距離で振幅が減少して然るべきです。それを粒子として捉えるなら場所が定まらないと言う解釈になるでしょう。「たまたま真下」にと言う拘束を課せば、波ではなくなってしまいませんか。少なくとも平面波の描写は誤りでしょう。

＞ 途中で方向や振幅が変わったりするのですか？

　直下の床の一点に、たまたま届いた１光子の飛行履歴に着目しましょう。ファインマンの経路積分の概念によれば、あらゆる経路を通った総和として実体化したことになるでしょう。二重スリットの例でも１粒子が２箇所同時通過。フレネルゾーンは、拡がりを持って伝播する身近な例になりませんか。

この回答へのお礼

論点がすり替わってるように思います。
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische …
光は電場と磁場が振動してるんですよね。その「場の振動の中心＝場のベクトルの始点」の位置について一貫して聞いています。

結論としては「1個の」蛍光またはガンマ線は存在しないということでしょうか。

お礼日時：2025/03/08 14:36

No.7 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/07 12:05

No.6 にいただいたコメントに関してです。

＞ 付け足した線上に「光源の電子」があります。

そのような一対一対応は不可能でしょう。一つの電子からの放射が、どうして方向が束縛され、振幅が維持され直進すると言うのでしょう。
主題が伝播方向/指向性を問うものであり、かつ、あなたの作図形態が平面波である事を踏まえ、点発光「群」の干渉で条件を満たそうとしているのです。

この回答へのお礼

「放射光」と「光源」を混同しています。※訂正「放射光」→「放射口」

＞一つの電子からの放射が、どうして方向が束縛され、振幅が維持され直進すると言うのでしょう

[「1個の」蛍光またはガンマ線が垂直方向に出た場合について聞いています。]「たまたま真下に出た場合」でいいんです。

＞どうして方向が束縛され、振幅が維持され直進すると言うのでしょう

たまたま真下に出た1個の蛍光は途中で方向や振幅が変わったりするのですか？

お礼日時：2025/03/07 13:55

No.6 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/05 20:12

No.5 にいただいたコメントに関してです。

＞ p2の真上に光源の電子があり、p1は光源の電子の真下から後方にずれています。

あなたの図は波長より小さい放射口を想定しているので不思議に見えているだけです。面からでなければ、そのような電磁界形（平面波指向性）の光は放出できません。光の太さへの配慮が欠けているように感じます。No.2添付図のように D>>λ の面放射を想定すれば、船外船内どちらの視点でも p1、p2 常に「真下」が維持されます。相対的には、垂直に放たれる光を動きながら描写しているだけですから、放射口の下から光柱がずれる事などありません。なお光柱の縁は平面波ではありませんから、その部分の描写困難は静止状態でも変わりません。

No.5 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/04 21:11

No.4 にいただいたコメントに関してです。

＞「1個の」蛍光またはガンマ線が垂直方向に出た場合

問題設定を１波長パルス光から１光子に変更しても、「波としての図示」は、概ね no.2 添付図 で良いのではありませんか。天井から直下の床に確率分布的スポットを形成する仕掛けがあるとするなら、干渉波観点では平面波の性質が付与されている事になるでしょう。２重スリットの例のように１光子であっても同時に２つのスリットを通過するような大きな拡がりをもっているのではありませんか。

＞「宇宙船視点と異なる位置で異なる方向に場が振動する」という矛盾

位置は異なっていないと思います。伝播方向が異なれば振動方向が異なるのは当然でしょう。TEM波ですから。矛盾点がありますか。

この回答へのお礼

＞位置は異なっていないと思います。

いいえ異なっています。あなたの図のp2の真上に光源の電子があり、p1は光源の電子の真下から後方にずれています。そのずれた位置で場が振動しています。

根本的な問題は「船外視点で場のベクトルの始点の位置が光源の真下からずれるかどうか」で、「光源による束縛」の話。右はp1 p2ともに光源により束縛され、左は、光源に、より近いp1は束縛されないのに、逆に遠くのp2は束縛されるというのが奇妙。

お礼日時：2025/03/05 15:47

No.4 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/03 23:32

No.3へのコメント拝見しました。

＞「強度比維持のまま、ぬるぬる移動して行く正弦波のx軸」を図示してください。

No.2の添付図はご希望通りのものです。１波長の単一パルスのつもりです。wikiのアニメーションは、平面波のものです。伝播軸を平行にずらしたあらゆる場所で同じ電磁界分布です。「平面波でなくて・・」とも仰っておいでですが、球面波は無指向、伝播が一方向に絞れません。

この回答へのお礼

＞球面波は無指向、伝播が一方向に絞れません。

レーザーと電球の違いを言ってるのですか？

「1個の」蛍光またはガンマ線が垂直方向に出た場合について聞いています。

お礼日時：2025/03/04 13:35

No.3 回答者： phenylalanine 回答日時： 2025/03/02 21:22

No.2へのコメント拝見しました。

＞この図って「1波長パルス光」が5個出てるのですか？
電磁界分布の古典表記であり、個数という概念は当てはまりません。平面波としてのコヒーレンスの強調にすぎません。あなたの表記に空間的広がりを加えただけです。

この回答へのお礼

「平面波」ではなく、「1個の1波長のパルス光の伝播」について質問しています。

過去の質問
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/14012674.html
で

＞[この描像は必ずしも正しくないでしょう。
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische …
のように両者は交互の存在では無く、強度比維持のまま、ぬるぬる移動して行くのです。正弦波で描かれているので、場所固定で観測すれば電磁界が増減しますが、これも同時であって「交互ではありません」。さらに波形は任意で、脈動皆無でも良く、それは伝播の条件ではありません（脈動は放射源または、放射過程における周囲空間とのインピーダンス整合の都合です）。伝播過程で電場と磁場が「交互に形成」という雰囲気はありません。良くそのような表現が用いられるのは存じていますが。「光を構成する場の存続時間」をアニメーション上に示すとどんな具合でしょうか。]

と回答されてましたよね。リンク先の動画の「強度比維持のまま、ぬるぬる移動して行く正弦波のx軸」を図示してください。

お礼日時：2025/03/03 13:46