特殊相対性理論で光速は不変であると定義されていますが、それを証明する実験の内容と結果について教えていただけませんか?
この「光速は不変」について今までこのカテゴリーでいろいろ議論されてきましたしその回答にある関連サイトにも行きましたが、その根拠について納得できる説明にたどりつけません。
ちなみに私は化学系出身なので詳しい相対性理論を習っていません。

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (4件)

特殊相対論が出来る前、光の速度についての議論が盛んだった時代がありました。

そのときには、光の速度は有限であることはわかっていましたが、光がどんな媒質をとおるのか(今では何もないところをとおることがわかっていますが、当時は波を伝える物質:エーテルと呼ばれていました)があると言われていました。
しかし、マイケルソン=モーレーが光を2つの正反対の方向にとばしてその速度をそれぞれは刈る試験を行い、光の速度がどちらも同じになることがわかりました。
ここではエーテルですが、そのまま実は「ある慣性系」と見なしてもかまいません。その慣性系が地球の公転、自転と同じに動いていると考えるのにはやはり無理があります。
一番はじめの光の速度普遍を示唆する実験としてはこれが最初だと思います。
そんな中で、かのアインシュタイン博士が思いついた上の現象を説明できる答えが、光の速度はどの慣性系から見ても速度が同じであるという結論でした。
ちなみにこの時の式自体はローレンツ変換式と呼ばれ、アインシュタインが始めに立てた式ではありません。すでにこの式でうまく説明できる現象はあったのですね。でも、大きな違いは相対論の考え方でした。
その数年後(確か4年後)には重力加速度系への拡張が行われた一般相対性理論に発展し、相対論が完成します。

では、その後直接確かめることが出来たのかというと、相対論そのものがそういう直接的な観測が困難であるという理論であるため、そのような試験結果があるわけではないのです。
その後の科学者の興味は、この相対論が正しいのかどうかという点(光の速度を試験するのではなくて)に注目を集めることになります。
で、天体の観測結果(ある星がこの相対論が正しければ、相対論を考慮していないときよりも見える星の時間が違う)による証明、天体スペクトルのドップラーシフトの測定、飛行機に載せた精密時計の時間が地上にある時計とずれること、などなど色んな観測結果を合わせて少しずつ証明されていったようです。

最近では、先に回答されている方がふれている、粒子加速器で光速度に近い速度で粒子をとばすと寿命が延びること、質量が増大すること(いずれも地上の私たちから見てそう見えるというだけです)などから、間違いない物であると皆が確信しています。

というわけで、結論は、まさにそのものずばりを証明する実験はない。というのが答えです。
但し、相対論自体は証明されているので、当然光速度不変の原理も証明されていると言うことです。

以上が私の理解です。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

詳しい回答をありがとうございます。
たいてい相対性理論の論議をすると「すでに実証済み」とのスタンスから話が進むものですから。
しかし、どんな速度で動いているものから光が発生られても光速不変と言うのは私は判ります。光の速度を考えるときには波動として考え、質量は0と考えるのですから動いているものからの運動エネルギーからの影響はほとんどないですからね。
でも、これである理論から推測した測定結果は実証済みということがわかりました!ありがとうございました!!

お礼日時:-0001/11/30 00:00

さらに補足なんですが...マイケルソン・モーレーのような100年近く前の実験でなくても,毎年のように精度をあげた実験結果が報告されておりますので,光速不変はかなり信憑性が高いと安心して考えてください.


もちろん,水中などと真空では光速が異なるのは変わりません.

ただし,ブランス・ディッキー理論のような,「定数」が時間と共に変化するという理論もありますので,光速不変が確率1で成り立つかどうかは私には分かりません.
    • good
    • 0

むか~し読んだような記憶があるだけなので不正確かもしれません


が、地球は公転や自転をしていますので、地上はそれなりの方向に
それなりの速度で動いています。ところが、どの方向で光速を測定
しても変化がなかったという実験結果があるそうです。
あやふやですみません。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

お答えありがとうございます。
しかし地球上で測定している限り、動いているものからの光速への影響は測定不可能に思えるのですが・・・。
なにしろ1秒間に地球を7周半もするんですから、光源から測定器まで光が届く間に地球がどれだけ動くのでしょうか?

お礼日時:-0001/11/30 00:00

私が知っている「光速不変」を証明した実験を紹介します。


証明したというよりは、以下の内容はある実験方法の1部分でしかないのですが…

粒子を加速器で光速近くまで加速させます。
光速ほどの速さに物質を加速させ、ある点でローレンツ力かなにかで運動方向を曲げてやると、粒子は元の運動方向に特殊な光を放ちますこれをSR光と言いますが、この光が光速に近い速度の物から発射されたのに、光は光速なのだそうです。
「なぜか?」と聞かれると答えられません。「事実である」としか私には言えません。こんな回答ですいません。

確かな文献が手元にないため間違いがあるかと思いますので、どなたか間違いに気づかれましたらご指摘ください。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

早速の回答ありがとうございました。
しかしその実験では光速近くまで加速された粒子から見た(相対的な)光速は判りませんよね?
光速に近い物から見てもやはり光速だと言う実験結果にはなりませんよね。

お礼日時:-0001/11/30 00:00

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q光速度が不変なのには理由があるのでしょうか?

光速に関する素朴な質問です。

1.なぜ光速度は不変なの?
 光の速度はいかなる理由によって不変と決まっているのでしょう。
 方程式を解くように論理的に説明ができるのでしょうか?
 それとも実験結果を受け入れているだけですか。
2.本当に光速度は不変なの?
 空気、真空、水の中でも進む速度は同じですか?
 光が水に入ると屈折しますが、これは速度が変化しているのではありませんか。
 AからBに向かう光の渦の中をBからAに向けて発射された光は遅くなりませんか?
 光に邪魔(干渉)されて遅くなる気がするのですが。
3.どうして遅くならないの?
 光速に限界があるのは、光子に質量があるためと理解しています。
 しかし、遅くすることは可能なのではないでしょうか?
 光子の質量を重くしたり、エネルギーを奪うようなことはできないのでしょうか。
 波動の性質を変えたりできませんか?
4.電磁波の進む速度は?
 光は電磁波の一種、可視光線だそうです。
 他の電磁波、X線、紫外線、マイクロ波、ラジオの速度はどれくらいですか?
 光より遅いとすると、どうして遅いのでしょうか?
5.時間が進むのは一定であるという前提で相対性理論はできませんか?
 相対性理論は、光速度が不変であると仮定して成り立っています。
 だから時間の進み方が早かったり、遅かったりします。
 逆に時間が進むのが不変であるという仮定して、新相対性理論はできませんか?

光速に関する素朴な質問です。

1.なぜ光速度は不変なの?
 光の速度はいかなる理由によって不変と決まっているのでしょう。
 方程式を解くように論理的に説明ができるのでしょうか?
 それとも実験結果を受け入れているだけですか。
2.本当に光速度は不変なの?
 空気、真空、水の中でも進む速度は同じですか?
 光が水に入ると屈折しますが、これは速度が変化しているのではありませんか。
 AからBに向かう光の渦の中をBからAに向けて発射された光は遅くなりませんか?
 光に邪魔(干渉)...続きを読む

Aベストアンサー

 物理学は、自然界で見られる現象に対して法則を見つけようとする学問です。そういった法則の中には、もっと基本的な法則から理論的に導かれるものもあります。そうやって整理していくと、最後には、他の法則からは導くことができない基本法則だけが残ります。その基本法則は、観測によってのみ、根拠を与えられます。
 質問の主旨は、光速度が不変であることは、基本法則なのかどうか、ということだと思います。ローレンツは、他の法則から光速度不変を説明しようとして、ローレンツ変換の式を求めました。ローレンツが考えたのは、物体がエーテル中を運動すると、エーテルとの電磁気的な力によって物体が圧縮され、長さが縮むので光の速さに差が出てこないように観測される、というものでした。これに対してアインシュタインは、光速度不変が基本法則であるとしました。その仮定に基づき、ローレンツ変換の式を求めました。考え方は違いましたが、求められた変換式はどちらも同じものでした。
 得られた変換式はどちらの考え方でも同じです。そうすると、どちらの考え方が正しいと言えるのでしょうか。歴史的に見れば、アインシュタインの考え方が受け入れられたようですが。
 真空以外の媒質中では光の速度は遅くなりますが、それはマクロ的に見た場合です。例えば水中を光が動く場合、水の分子と分子の間は真空ですから、そこの間は真空中の速度で動いていますが、分子によって光が吸収、放射され、マクロ的に見たとき、速度が遅く観測されます。通常、光速度不変という場合は、真空中での光速度を言うようです。ここでひとつ注意しなければならないことは、真空中の光速度が不変という場合、重力場ではない、という条件が必要です。重力場内では、光速度は遅くなります。したがって、質問者さんの、光の速度を遅くするのは可能か、に対しては、重力場を通せば遅くなる、と言えます。
 最後に光子の質量についてです。光子に質量があるというのは間違いですが、ないというのも間違いです。正しくは、光子の質量は定義できないし、定義する必要もない、です。光子の質量はゼロである、という話はよく聞きますが、これは静止質量のことを言っています。これまで他の方々が説明されておりますように、光の速さは一定であり、静止することはありません。したがって、光子の静止質量に意味はありません。

 物理学は、自然界で見られる現象に対して法則を見つけようとする学問です。そういった法則の中には、もっと基本的な法則から理論的に導かれるものもあります。そうやって整理していくと、最後には、他の法則からは導くことができない基本法則だけが残ります。その基本法則は、観測によってのみ、根拠を与えられます。
 質問の主旨は、光速度が不変であることは、基本法則なのかどうか、ということだと思います。ローレンツは、他の法則から光速度不変を説明しようとして、ローレンツ変換の式を求めました。ロ...続きを読む

Qいんちき相対論が100年もった理由を教えて下さい

私は、ほんの少し、真剣に考えるだけで相対性理論の間違いに気づく
はずなのに、何故100年もかかったのか不思議でしょうがありません。

逆に言うと、100年過ぎころから、相対性理論批判が、雨後の筍のように
わんさか出てきます。
「反相対論」で検索するとそのことが分かります。

Aベストアンサー

あなたのは質問じゃなくて釣りですよね?


> 過去の書き込みを参考にしてください。

というのに質問履歴が非公開に設定されているから、仕方ないのでググってみましたよ。

MM実験が光速不変を証明している話は嘘?
投稿日時:2012/10/16 16:29
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7751424.html

ブレッチャーの実験が光速不変を証明している話も嘘?
投稿日時:2012/10/19 09:37
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7755656.html

MM実験は光速不変を証明していますか?
投稿日時:2012/10/23 11:57
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7762211.html

光速不変とは?
投稿日時:2013/02/27 06:03
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7966659.html

ニュートリノにも慣性が働きますよね?
投稿日時:2013/03/26 06:04
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8012086.html

アインシュタインがエーテルを否定したって本当ですか
投稿日時:2013/04/09 09:28
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8034623.html

光速不変という現象は?
投稿日時:2013/04/19 04:49
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8049668.html

磁石ではなくコイルの方を動かしたら電流は流れない?
投稿日時:2013/04/21 09:13
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8052667.html

マイケルソン・モーリーの実験の正しい解釈を教えて。
投稿日時:2013/04/30 04:00
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8065977.html

MM実験からは、相対論の正しさは立証されない?
投稿日時:2013/05/02 14:34
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8069553.html


読んでみましたけど…
回答者に参考文献を挙げてもらっても読んでないのか理解してないのか、質問のレベルが変わってない。
回答者に直接解説してもらってもケチをつけるだけ。
曰く、相対論信者が実験結果を捏造しただのと。
あなたがあまりにもひどく相対論を曲解しているから、回答者からあなたの読んだ文献のどこにそんなことが書いてある?と聞かれても、ページを答えられない。
あなたは自分で挙げた文献も読んでないのですよね?

それどころか、ニュートン力学も間違って理解している。
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7955425.html

あなたの心の中にだけある空想上の相対論を、あなたの間違ったニュートン力学の知識で攻撃して、しかも、そうじゃないでしょと言う回答者の解説もわざと曲解して炎上しては回答を締め切ってまた質問する、その無限ループ。


あなたはかまってもらいたいだけなんですよね?
物理をやってる人達はみんな根が真面目だから、相対論がわからないと言われればとついつい説明がしたくなる。
回答者のそういう性質をあなたは利用してかまってもらっているだけ。

最初のころは深い内容の回答が寄せられているのに、今ではそういう回答ができる人は回答に参加してくれないですよね?
利用された人はまじめに答えているのに、あなたはかまって欲しいだけでまじめに聞くつもりがないものだから疲れちゃったんでしょう。

あなたの質問には答えちゃいけない、そういうことなのでしょう。

あなたのは質問じゃなくて釣りですよね?


> 過去の書き込みを参考にしてください。

というのに質問履歴が非公開に設定されているから、仕方ないのでググってみましたよ。

MM実験が光速不変を証明している話は嘘?
投稿日時:2012/10/16 16:29
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7751424.html

ブレッチャーの実験が光速不変を証明している話も嘘?
投稿日時:2012/10/19 09:37
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7755656.html

MM実験は光速不変を証明していますか?
投稿日時:2012/10/23 11:57
http://oshiete.goo...続きを読む


人気Q&Aランキング

おすすめ情報