相対性理論マイケルソン干渉計の謎ーその２

Question

繰り返しですが、２回目です…

この考えはただしいですか？


ーーーーーーーーーーーー
　議論を巻き起こす図１のマイケルソンの実験図の１つの説明を考えた。
図２にそれを示す。ハーフミラーで反射された光線は図のように放射状に広がる。もしセンサの受光幅が狭ければ、そのうち図で青で示された光線のみセンサに当たる。ミラー２から戻ってハーフミラーに当たる光線についても同じである。放射状に広がったもののうち、センサ方向に行ったものがセンサに当たる。

 このように考えれば、図１は理解できる。はたしてどうだろうか？　これは窪田さんの考えでもあるのかもしれない。 

　　つまり、進行方向に傾くのではなく、そちらに「散った光線」のみが、動いているセンサに到達できる、ということか？　しかし、センサが大きければ静止系からみて垂直な成分もセンサに入ることになる。理論家はより厳密にするために、つまり、センサの面積を０にしたときの考察をしたのかもしれない。このとき、静止系で真上に行った光線は、戻ってくるとセンサに入れないことになる。

fadklsj · Accepted Answer

この文章の科学的な間違いは、マイケルソン・モーリーの実験の原理と光の干渉現象に対する根本的な誤解に基づいています。具体的には以下の点が誤りです。

1. 光線の放射状の広がりを実験結果の解釈の根拠としている点:

文章では、ハーフミラーで反射された光線が放射状に広がることを強調し、センサの受光幅が狭ければ特定方向の光線のみが検出されると述べています。

しかし、マイケルソン・モーリーの実験は、光の波としての性質を利用した干渉実験です。光線が放射状に広がることは事実ですが、実験の原理を理解する上で重要なのは、光線の方向ではなく、光路長の差によって生じる干渉です。

センサの受光幅が狭いことは、検出される光の強度に影響を与える可能性はありますが、干渉現象の基本的な原理や、実験結果の解釈を根本的に変えるものではありません。

2. センサの運動と光線の到達の関係に対する誤解:

文章では、「動いているセンサに到達できるのは、そちらに散った光線のみ」という解釈を示唆しています。

これは、運動する物体が光を「選択的に」受け取るようなイメージを与えますが、物理学的に正しい理解ではありません。

マイケルソン・モーリーの実験で問題となるのは、地球の運動によって、干渉計の腕の方向によって光路長に差が生じるかどうか、そしてそれが干渉縞のずれとして観測されるかどうかです。

センサの運動自体が、特定の光線のみを検出するというメカニズムは、この実験の文脈では考えられません。

3. 理論家の考察に対する誤解:

文章では、「理論家はより厳密にするために、つまり、センサの面積を０にしたときの考察をしたのかもしれない」と推測しています。

しかし、センサの面積を0にするという思考実験は、マイケルソン・モーリーの実験の理解を深める上で有効ではありません。

理論家が厳密に考察したのは、エーテルの存在を仮定した場合に、地球の運動によって光速がどのように変化し、それが干渉縞のずれにどう影響するか、という点です。

4. 干渉縞のずれの説明の欠如:

文章全体を通して、マイケルソン・モーリーの実験の目的である干渉縞のずれを検出すること、そしてそのずれがエーテルの存在を証明するはずだったことについて触れられていません。

光線の広がりやセンサの受光幅といった枝葉末節に議論が集中し、実験の本質である干渉現象と、期待された実験結果（干渉縞のずれ）に対する言及が欠けています。

まとめ:

文章は、マイケルソン・モーリーの実験を、光線の方向とセンサの受光幅という幾何学的な視点から解釈しようとしていますが、光の波としての性質、干渉現象、そして実験の目的を正しく理解していません。

科学的な間違いを指摘するならば、「光線の放射状の広がり」や「センサの受光幅」を実験結果の解釈の主要な根拠とすることは、マイケルソン・モーリーの実験の原理に対する誤解であると言えます。実験の核心は、光路長の差によって生じる干渉縞のずれであり、それを理解するためには、光の波動性と干渉現象の知識が不可欠です。

phenylalanine · Answer

ご質問の真意が読み取れませんが、普通の相対論の話でよろしいのでしょうか。
光ビームの直径をDとしましょう。右移動する光源から垂直に発する光ビーム断面の左縁時刻と右縁時刻は静止系から見て異なります。左縁は右縁に対し、約 D v/c^2 だけ進んでいます（（v/c)^2 が極端に大きい場合の計算は面倒なので記しません）。これに c を掛けると左縁波面の先行距離になります。従って波面の前傾角度は、それを D で割った v/c になります。この様子、
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/14048399.html、回答 no.2 の添付図に相当します。

相対性理論 マイケルソン干渉計の謎ーその２

この文章の科学的な間違いは、マイケルソン・モーリーの実験の原理と光の干渉現象に対する根本的な誤解に基づいています。

ご質問の真意が読み取れませんが、普通の相対論の話でよろしいのでしょうか。

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