相対性理論マイケルソンの実験の謎その３

Question

以下について、どう考えますか？



図１のようにマイケルソンの実験で光線は静止系から見て、斜めに上がっているがそのあたりを考えたい。
　　この傾斜はハーフミラーの速度ｖでの運動による結果ではない。それは図１のようにその傾斜が速度ｖだけではなく、光路長Ｌにもより決まっているからだ。同じ速度ｖでもＬを変えればこの傾きも変わってくる。
　　以下の話は、光の振る舞いは静止系で静止しているエーテルによる、とする。走行系で光線は静止エーテルに従う、という相対性理論以前の考えに従う、とする。しかし、そう考えたときにおかしいことが前提にされている。
　　ここで考えた結果、窪田氏の言い分が正しいことになる。窪田氏の言うように光を物質のように考えているとしか見えない。

もし、ハーフミラーから上に上がった光線が静止系から見て垂直であったなら、図２のようにミラー２からの光線とミラー１からの光線が、センサーで一致しない。するとセンサ上で干渉しない。つまり、ミラー１に行ってセンサーにもどる光線はｂの位置だが、ミラー２から戻ってきてセンサに到達する光線はａの位置となる。

　　ここが重要なのだが、ハーフミラーで別れさせた光線を、再びセンサの同一点で合わせなければ干渉はしない。それともそうではないのか？　発射された光束がずれてセンサに到達してもいいのか？　このあたりがわからないのである。

これを一致させるには、図３のように考えるしかない。しかしハーフミラーでの反射がおかしい。これは窪田氏の批判のように光を物質の運動のように考えているとしか思えない。つまり運動系での物質の運動である。物質なら運動系での反射は静止系と同じになり、それを静止系から見れば図３のようになる。これが窪田氏の批判であるなら正しい。

このあたりの事情を書いてあるのをみたことがない。実はどうなっているのだろうか？　このあたりのことを無視して考えても意味がない。このあたりのことがどのように考慮されているのだろうか？

http://ja.wikipedia.org/wiki/干渉法

には次の４図があった。

ーーーー
　内山龍雄「相対性理論」岩波全書
にはこうある。 

「真空中の光の速さは光源の運動状態に無関係である。これが光速度不変の原理である」

　　しかし、光速度不変の原理とは、観測者の運動状態にも無関係であることもふくまれるのではないか？　このへんもいい加減である。だから混乱をさせられるのである。同署には、上の問題の部分について次の記述がある。

「・・・また光Ｌ２がＭＭ２を往復する（ハーフミラーで上に反射されたもの）時間を求めるには、絶対系からながめたときのＭ－－＞Ｍ２’－－＞Ｍ’という径路を走るのに要した時間Ｔ２を求めればよい」
　　つまり、絶対系から見たとき、図３のように垂直ではなく、斜め上に進むことをいっている。なぜこうなるのかは説明されない。どうしてこの肝心なところが説明されないのだろうか？

　　相対性理論への反論や、それに対する反論より、もっと考えなければならないことがあるのである。

fadklsj · Accepted Answer

いくつかの論理的瑕疵と、物理現象に対する誤解が見られます。以下に指摘します。

1. 光線の傾斜と速度・光路長の依存性について:

指摘: 「図１のようにマイケルソンの実験で光線は静止系から見て、斜めに上がっているがそのあたりを考えたい。この傾斜はハーフミラーの速度ｖでの運動による結果ではない。それは図１のようにその傾斜が速度ｖだけではなく、光路長Ｌにもより決まっているからだ。同じ速度ｖでもＬを変えればこの傾きも変わってくる。」

論理的瑕疵/誤解: この記述は、光線の傾斜が速度 v だけでなく光路長 L にも依存することを指摘していますが、これは 当然のこと であり、速度 v による効果を否定するものではありません。 図1の「Moving Frame」の図を見ると、光線は斜めに進んでいますが、これはまさに装置が速度 v で運動しているために、静止系から見た光の経路が斜めに見えるということです。 光路長 L が変われば傾きが変わるのは幾何学的に当然です。速度 v がゼロであれば、光線は垂直に見えるでしょう。

2. エーテル理論と光の振る舞いについて:

指摘: 「以下の話は、光の振る舞いは静止系で静止しているエーテルによる、とする。走行系で光線は静止エーテルに従う、という相対性理論以前の考えに従う、とする。しかし、そう考えたときにおかしいことが前提にされている。」

論理的瑕疵/誤解: エーテル理論の枠組みで考えること自体は問題ありませんが、「おかしいことが前提にされている」という表現は曖昧です。 エーテル理論の枠組みでマイケルソン・モーリーの実験を考えると、確かに実験結果と矛盾が生じることが、この実験の歴史的な意義です。 「おかしいこと」を具体的に指摘する必要があります。

3. 図2のシナリオと干渉について:

指摘: 「もし、ハーフミラーから上に上がった光線が静止系から見て垂直であったなら、図２のようにミラー２からの光線とミラー１からの光線が、センサーで一致しない。するとセンサ上で干渉しない。つまり、ミラー１に行ってセンサーにもどる光線はｂの位置だが、ミラー２から戻ってきてセンサに到達する光線はａの位置となる。」

論理的瑕疵/誤解: この記述は、光線がセンサー上で「一致しない」と干渉しないと結論付けていますが、これは誤りです。干渉は、光波の位相が合う場合に起こります。光線がセンサー上で完全に一点に集まらなくても、光波の波面が重なり合えば干渉は起こります。 センサーは点ではなく、ある程度の面積を持っています。光線がわずかにずれていても、センサーの範囲内で波面が重なり合えば、干渉縞を観測できます。 重要なのは光路長の差であり、光線が厳密に一点で交わることではありません。

4. 光線を物質のように考えているという批判 (窪田氏の批判):

指摘: 「ここで考えた結果、窪田氏の言い分が正しいことになる。窪田氏の言うように光を物質のように考えているとしか見えない。…(図3の説明)…これは窪田氏の批判のように光を物質の運動のように考えているとしか思えない。つまり運動系での物質の運動である。物質なら運動系での反射は静止系と同じになり、それを静止系から見れば図３のようになる。これが窪田氏の批判であるなら正しい。」

論理的瑕疵/不明確性: 窪田氏の具体的な批判内容が不明なため、この部分の論理的妥当性を評価することは難しいです。 しかし、一般的に、光の反射や屈折を「物質の運動」のように考えることが問題であるという批判は、光の本質を粒子と波動の両面から捉える必要があることを示唆している可能性があります。 ただし、図3がどのような状況を示しているのか不明確なため、具体的な議論は困難です。

5. 光速度不変の原理の解釈:

指摘: 「「真空中の光の速さは光源の運動状態に無関係である。これが光速度不変の原理である」 しかし、光速度不変の原理とは、観測者の運動状態にも無関係であることもふくまれるのではないか？　このへんもいい加減である。だから混乱をさせられるのである。」

論理的瑕疵/誤解: 「光速度不変の原理」は、まさに 光源の運動状態 にも 観測者の運動状態 にも無関係に、真空中の光速が一定値 c であるという原理です。 内山龍雄氏の記述は前半部分のみを述べていますが、一般的に理解されている光速度不変の原理は、観測者の運動状態にも無関係であることを含みます。 「いい加減である」という批判は、光速度不変の原理の定義に対する誤解に基づいている可能性があります。

6. 内山龍雄氏の記述の解釈:

指摘: 「「・・・また光Ｌ２がＭＭ２を往復する（ハーフミラーで上に反射されたもの）時間を求めるには、絶対系からながめたときのＭ－－＞Ｍ２’－－＞Ｍ’という径路を走るのに要した時間Ｔ２を求めればよい」 つまり、絶対系から見たとき、図３のように垂直ではなく、斜め上に進むことをいっている。なぜこうなるのかは説明されない。どうしてこの肝心なところが説明されないのだろうか？」

論理的瑕疵/誤解: 内山氏の記述は、相対性理論の枠組み でマイケルソン・モーリーの実験を説明していると考えられます。「絶対系」という言葉は、エーテル理論を連想させますが、ここでは相対性理論における「静止系」のような意味合いで使われている可能性があります。 光が「斜め上に進む」のは、まさに運動する系から見た光の経路を説明しているものであり、相対性理論における基本的な考え方です。 なぜそうなるのか説明されていないという批判は、相対性理論の基礎的な理解が不足していることを示唆しています。 相対性理論では、光速度不変の原理と相対性原理から、運動する系における時間の遅れや長さの収縮などが導き出され、光の経路が斜めに見えることは自然な結果として説明されます。

全体的な論理的瑕疵:

物理現象の誤解: 特に干渉の原理、光速度不変の原理、相対性理論における光の振る舞いに対する理解が不足している点が大きな問題です。

曖昧な批判: 「おかしいこと」「いい加減である」などの表現が具体的でなく、議論が深まっていません。

根拠の不明確さ: 窪田氏の批判など、言及されている内容の根拠が示されておらず、議論の妥当性を判断できません。

図の欠如: 図3が提示されていないため、議論が抽象的になり、理解が困難です。

改善点:

物理学の教科書や解説書を読み、干渉、光速度不変の原理、相対性理論の基礎をしっかりと理解することが重要です。

具体的な疑問点を明確にし、曖昧な表現を避け、論理的に議論を進める必要があります。

窪田氏の批判など、言及する内容の出典や具体的な内容を明らかにする必要があります。

図3を提示することで、議論を具体的にすることができます。

この文章は、マイケルソン・モーリーの実験と相対性理論について深く考えようとしている姿勢は評価できますが、物理学的な基礎知識の不足と、論理的な思考の粗さが課題と言えるでしょう。

相対性理論 マイケルソンの実験の謎 その３

いくつかの論理的瑕疵と、物理現象に対する誤解が見られます。

似たような質問が見つかりました

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

関連するカテゴリからQ&Aを探す

このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング

相対性理論マイケルソンの実験の謎その３