光の速度は変化する？

光の速度はどんな速度で運動する人から見ても同じになるそう
ですが、わたしはこの現象は光の速度が運動する人の速度に合
わせて変化するために常に同じ速度に見えると解釈しています。
この解釈のしかたは相対性理論に反しているのだそうです。
わたしは相対性理論に反しているとは思えないのですが、本当
に相対性理論に反しているのでしょうか。たしかに、相対性理
論について書かれた本には、光の速度が同じなのは時間や空間
が変化するためと書かれていたりしますが、これは光の速度が
変化するためと説明しても同じことだと思います。この考え方
は間違っているのでしょうか。

No.9 回答者： allentown2001 回答日時： 2001/10/22 19:20

「光も速度が速くなったり遅くなったという表現が出来るはず」が焦点なんですよね？そもそも光の速度一定というのは人間の日常感覚では理解しずらいと思います。

一応説明しますが「そんなこと聞いてるんじゃない！」というのであれば言って下さいね（笑）

ａ車時速１００キロ-----><-----ｂ車時速１００キロの場合ｂからするとａが時速２００キロで接近するように「見える」という表現はほぼ正解です。

この場合時速２００キロのように車が見えるのだから光だけが例外として変わらないというのはおかしいのでは？ということでしょうか？
光速度不変は光を伝える媒質（エーテル）はないという実験結果に基ずいていますよね。観測者がどのような運動をしていても光速度は一定というものです。運転手が車を止めていても１００キロで走っていても運転手の目に飛び込む光速度はどちらも秒速３０万キロです（景色が動いて見えるか見えないかの違いです）、このへんが感覚が変になるとこなんです（笑）

ａ光秒速３０万キロ-----><-----ｂ光秒速３０万キロの場合ｂからするとａは秒速６０万キロで接近するように「見える」という表現はほぼ正解です。

間違いではないんですよ。しかし光速度は不変なのでアインシュタインが考えた式→相対速度＝（ａ+ｂ）/（１+（ａｂ/光速の２乗））では６０万ではなく３０万キロになります。先の車の相対速度２００キロもこの式で出る。数字の世界ではそうなのに感覚はわからないというのはある意味仕方のないことだと思います。これではおそらく納得していただけないと思いますのでもう少しだけ。

taro813さんのいう「光速度が遅くなるいう表現」は言い換えると「光の進む距離が長くなる表現」というのがわかりやすいかも。手に持ったままのボールを見てる時は光が行き来する距離は一定ですよね。でもポーンと上に放り投げたら目に飛び込むボールの光の距離は長くなりますよね。でも速度は変わりません。秒速３０万キロです。距離が長くなっただけです。逆にボールを目に近付けたら距離は短くなるが速度は同じです。光が速くなったわけではありません。
ここで光を音などの媒質を必要とするものと「同じ感覚」でいるとわからないです。光は媒質なしで進みますから日常感覚ではつかめないんですね。

厳密には日常レベルでも時間のズレはありますよね。これは光速度が不変だからこそ起こるんです。もし光が物の速度にあわせて変化するのであれば時間のズレは起こらないでしょう。しかし数々の実験結果が時間のズレを証明しています。「それでも光は変化し時間は変わる」のであれば、もはや物理法則はおよびでないです。なにか得体のしれないやつが光速度をあやつっていると考えるしかありません（笑）

メチャクチャ強引に述べると我々の目には無限の数の光ケーブルがすでにつながっているんです。あらゆる世界にね。ただケーブルの中を通るデータは秒速３０万キロで一定なんですね。（ちと強引か）

この回答へのお礼

こんなに長い回答書いていただいてありがとうございます。

＞「...表現が出来るはず」が焦点なんですよね？
その通りです。

＞...日常感覚では理解しずらい
ここなんですが、速度が増した分だけ光の速度が速くなるという
考え方が受け入れられれば、理解しやすくなると思うのですが。

＞ａ車時速１００キロ-----><-----ｂ車時速１００キロ
この例は私の説明しようとしていることについては適切な例
ではないと思いますが、この例で説明すると

ａ車時速１００キロ　　　　　　　　　　 　 ----->
ａ車で観測される進行方向と同じ方向の光（１００キロ＋光速）=====>

ｂ車時速１００キロ　　　　　　　　　　 　 <-----
ｂ車で観測される進行方向と逆の方向の光（光速－１００キロ）=====>

この２つの光の速度の差は２００キロになると言えると思います。

＞ａ光秒速３０万キロ-----><-----ｂ光秒速３０万キロ
このように大きな速度差がある場合は日常の感覚とはかけ離れて
いるので、例としては適切ではないのです。しかも、わたしの考
えでは、この速度で運動するものどうしはお互いを観測すること
ができません。
ただ、この場合もａの速度が徐々減速していって速度０になりそ
の後、逆方向に加速して行ってｂの速度に達した場合の速度の
経過を減速・加速する度に加算していった速度の変化の合計は
秒速６０万キロ程度になると言えると思います。

ボールのたとえではボールを見ている人の速度は変化していませ
んから光の速度の変化もおこりません。

私の考えでは光速が一定だから時間のズレが生じるのではなく、
速度が変化すると時間や空間が変化するから光の速度が変化して、
光の速度が常に一定に観測されると理解しています。逆に一定の
速度の差で運動しているものが光として感じられる（観測される）
のかもしれません。

光ケーブルの話は速度の変化がおきておりませんのでわたしの説明
しようとしていることとは無関係です。

わたしの欲しかった回答はこのような説明の中でわたしの考えと
一致するものや逆に私の考えとは反していて考えを改めさせるよう
なもです。

いろいろとありがとうございます。とても感謝しています。

お礼日時：2001/10/22 23:25

No.8 回答者： redbean 回答日時： 2001/10/22 14:10

再回答します。

＞それは、わたしが時間について触れずに速度が変化したと表現しているから誤解されているのかもしれませんが

あれれ？ 時間についてはっきり言及していましたよ。

＞光の速度が同じなのは時間や空間が変化するためと書かれていたりしますが、これは光の速度が変化するためと説明しても同じことだと思います

の部分。これは、光の速度が観測者によらないことを、
ローレンツ変換ではなく、「光の速度が変化する」で
説明しようとしたんじゃありませんか？

ローレンツ変換を採用するならば、「光の速度が変化する」
を採用する必要はないし、ローレンツ変換を採用しない
ならば、高速の素粒子の観測結果を説明できない、と
いうのが前回の回答（＃３）の趣旨です。

この回答への補足

すみません、わたしの言葉がたりなかったようです。

「光の速度が変化する」という考え方と「時間と空間が変化する」
という考え方は排他的ではない、両方の現象が関連して発生してい
るとわたしは考えています。
（＊ローレンツ変換をわたしは理解していません）
しかし、どちらかと言うと、時間と空間が変化するために、この
影響で光の速度が変化すると考えています。

補足日時：2001/10/22 22:00

No.7 回答者： MSZ006 回答日時： 2001/10/22 13:55

相対性理論では光の速さは不変です。

というか、光の速さは不変という前提に基づいて相対性理論が構築されているのです。

この回答への補足

この光の速さが不変というのは、観測される光の速さが不変という意味だ
と思うのですが。

補足日時：2001/10/22 21:00

No.6 回答者： cse_ri 回答日時： 2001/10/22 11:02

taro813さん、こんにちは。

taro813さんの意見を読んでいると、「光の速度は変化する」という考え方にも
何となくですが、論理性があることを読みとれます。

しかし、taro813さんの意見が物理学的に正しいかどうかまではわかりません。
やはり万人に自分の意見を納得してもらおうとしたら、特に科学の分野では
理論を構築して、科学的・論理的に間違いがないことを立証する必要がある
のではないでしょうか。

かつてアインシュタインが「光の速度は不変である」「空間・時間は運動速度に
従って変化する」という自分の意見を（彼はそれが真理だと確信していたようですが）
立証するために、特殊相対性理論をうち立てたようにです。
さらに、その理論が実証されるためには、実験・観察による裏付けも必要となります。

私は学者ではありませんので、taro813さんの意見が真理かどうかを審判することは
できません。しかし、もしtaro813さん自身が自分の意見が真理であるという確信が
あるのでしたら、ぜひともそれを体系化して発表すべきでしょう。

ひょっとしたら、taro813さんの考え方が物理学の分野で新たな道を開き、社会
的にも大きな貢献を残すかもしれませんよ。
相対性理論にしても、今の科学で正しいとされているだけで、将来に渡って不変
の真理であるという確証はありません。現に極小の世界では特殊相対性理論によ
る運動法則が成立しないことは、よく知られている事実です。

大きすぎる課題かもしれませんが、明日の科学の発展のためにがんばってください。

この回答へのお礼

力強いご意見ありがとうございます。

ただし、わたしの意見は変化前と変化後の状態を同時に観測できない
だけで、光についても速度が変化したという表現が使える（解釈できる）
と言っているだけですので、特に新しい事実は含まれていないと思います。

どこに論理性が読み取れたのか、また、あなたの解釈された内容をご自分
の表現方法で説明していただけると、私の考えと同様なのか判断できるの
ですが。

お礼日時：2001/10/22 20:59

No.5 回答者： leiqunni 回答日時： 2001/10/22 09:29

こんにちは。

逆にお聞きしたいのですが、taro813のお考えでは、
たとえば光速の0.9倍で運動している観測者Aにとっては、
光速はどのように変化するのですか？1.1倍になるということですか？

#相対性理論の考え方には反していると思います。
#得られる結論が同じでも。

この回答への補足

観測される光の速度は一定ですから常に同じ速度で観測される
ように変化するのでないでしょうか。
光速の0.9倍で運動している観測者からも光の速度は同じに見える
としか私には言えません。
（速度の変化による時間や空間の変化の度合いがどの程度になる
かについてはわかりませんので計算できません。）
仮に、光速の0.9倍というのが日常存在する車や電車などの時間の
変化を無視できる程度の速度の変化を積み重ねて加速して行った
結果の合計の速度であると仮定したのであれば、光の速度も物体が
加速する度に同じ速度だけ加速されるので元の光の速度に比べて
1.9倍になると考えることができると思います。

補足日時：2001/10/22 19:33

No.4 回答者： hogehogeninja 回答日時： 2001/10/22 01:24

混乱の原因は意味のはっきりしない考え方を使っているからのようです。

＞光の速度が運動する人の速度に合わせて変化するために常に同じ速度に見える

”光の速度は運動する人の速度に合わせて（よらず）常に同じ速度に見える”
というのが相対性理論の素です。

という点はいいのですが、
「運動する人の速度に合わせて変化する」といったときに、「変化する」の意味があまりはっきりしないです。

おそらく、AからみてBが光速 c で運動しているときに、Aからみてwで運動しているCからBをみると、CにとってはBは
はやさ u=c＋w で運動しているように見えるはずです。
しかしCからみてもBは光速 cで動いているので、
Cから見た速さはu=c+w-wと修正され、「変化している」という意味なのだと思います。

実は、速さの足し算はv＋wではありません。
速さは、上の例でBはAからみてvで動いているとすると、Cから見たとき
（v+w）/(1+vw/c^2)
というよう法則が正しい法則です。

これはv、wがcより小さいとき、近似的にv＋wになって直感的なものと一致します。
また、vが光速cのとき、上の式はcになります。

taro813さんが「変化した」といっているのは、おそらく速さの合成の法則が
u=v＋w
から
u=(v+w)/(1+vw/c^2)
になった、ということに相当しているのでしょう。

ただし、この時「変化した」といっているのは法則であって、元々u=v+wという法則が正しくないわけですから、そこから変化したというのはあまり意味がないようです。

またtaro813さんが「時間や空間が変化する」といっているのは、やはり時間や空間の認識の仕方が変わって（時間や空間が（特殊相対論のかぎりでは）変化するわけでなく、系によって見え方が変わるだけですので）、という意味なので、そういう意味では同じことなのかも知れません。

この回答への補足

＞「運動する人の速度に合わせて変化する」
変化するというの速度が遅くなったり速くなったりするという意味
です日常使っている感覚と同じ意味です。
＞ u=v+wという法則が正しくない
正しくないとしても、他の物体の速度については通常、速度が速く
なったとか遅くなったと表現しています、光についてだけその表現
が使用できない（意味がない）とするのはおかしくないでしょうか。

補足日時：2001/10/22 06:57

No.3 回答者： redbean 回答日時： 2001/10/22 01:19

特殊相対性理論には反しているでしょう。

特殊相対論からは光速に近い速度で走る素粒子の寿命が
伸びる現象を説明することができますが、taro813さんの
解釈ではこれを説明できません。

この回答への補足

それは、わたしが時間について触れずに速度が変化したと表現している
から誤解されているのかもしれませんが、日常の乗り物などの速度が変
化した状態でも時間はごくわずかながら変化しているはずですし、その
とき光の速度もその乗り物に合わせて変化しているはずです。つまり光
についても速度が「速くなった」「遅くなった」という表現が使えるは
ずです。ただ、光の場合その速度にならないと観測できないだけだと思
います。日常の会話では速度が速くなったときに時間についてわざわざ、
変化していることを補足する人はいないと思います。

補足日時：2001/10/22 06:51

No.2 回答者： k-fon 回答日時： 2001/10/22 00:26

間違っていると思います。

光の速度は、あくまで一定です。
変化しているのは、波長です。


ちなみに、最近似たような質問がありました。御参考に。
http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=146405

参考URL：http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=146405

この回答への補足

申し訳ありません。わたしは観測される光の速度は同じという前提で
お話しています。わたしの考えかたがひねくれているのかもしれませ
んが、わたしが問題にしているのは別の速度で運動しているひとが観
測するであろう、観測できない光の速度のことです。

ご紹介していただいたページの taro813 は私です。
ここの別の質問に回答したものですが、議論がそれてきたので別の質
問として登録いたしました。

補足日時：2001/10/22 00:50

No.1 回答者： abichan 回答日時： 2001/10/22 00:20

　はい、間違っていると思います。

　相対性理論において光の速度は変化しません。

　しかしながら、興味のある記事（論文）があります。
　２０００年７月２０日の英科学誌「ネィチャー」の記事によるとガスが満たされた特殊な箱の中で、パルス光を真空中の光速度３００倍で通過させる実験に成功したと発表されています。

　アインシュタインの相対性理論に基づき「光速を越えることはできない。」との整合性に問題があるが、発表研究グループは「相対性理論は質量を持つ物質に適用されるので、矛盾しない。」としています。

　質量のない光を含む電磁波が条件次第で、光速を越えるとがあることを初めて確認したことになります。

　この結果を応用し、光を越える速度（光速は真空中で秒速３０万キロ）で情報を伝達できる超高速通信の可能性が見えますが、その可否につき同研究グループは１０年から２０年先と予測しています。

この回答への補足

＞相対性理論において光の速度は変化しません。
これは、観測される光の速度が変化しないという意味で使われているので
したら、わたしの主張していることと矛盾しないと思いますが。
せっかく回答していただいたのに申し訳ありませんが、この回答ではわた
しの疑問は解決いたしません。

補足日時：2001/10/22 00:25