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質問させていただきます。

素人な発想かもしれませんが素朴な疑問として、なぜ光速は30万キロメートル毎秒となったのでしょうか?別に秒速60万キロでも90万キロでもいいようにも思いますが。また、秒速30万キロでなくてはいけない理由が物理学とかで根拠があるのでしょうか?教えていただける方おねがいします。

gooドクター

A 回答 (16件中1~10件)

マックスウェル方程式にあるように,光の速度は1/sqrt(ε0×μ0)で与えられます。

ここでε0,μ0はそれぞれ真空の誘電率と透磁率です。お気づきかと思いますが,真空中でなければ光の速度は変わります。つまり誘電率や透磁率が真空と異なるところを通る時には,光の速度は2.99792458×10^(9) m/sとはならないのです。誘電率や透磁率は測定可能な物理量ですから,ある物質中の光の速度は直接速度を測定してもよいし,誘電率や透磁率を測定しても決まります。

質問者の方が「神様」という表現を使われているということは,具体的な数字や測定方法ではなく,物理定数(この場合には真空の透磁率や誘電率および光の速度)を決定する物理があるかという質問と解釈させていただきます。

このような議論をこれまでに展開した物理学者は少ないですが,ノーベル賞を受賞したDiracが大数仮説というものを提唱し,物理定数は偶然決まった数ではないと主張しました。Diracは現代物理学の根幹を成すDirac方程式を考案したことで有名な科学者でした。もちろんこの大数仮説でノーベル賞をもらったわけではないですが。大数仮説は多くの科学者に受け入れられている仮説ではありませんので。

さて肝心の大数仮説ですが,簡単に言いますと,物理定数というものは宇宙の年齢とともに変化しているというものです。他の方がおっしゃるように,時間や距離を人間の決めた尺度で測っていては本質は分かりませんので,原子核レベルで決まる時間と距離を単位とします。これを基にいろんな物理定数を自然の決めた単位系に変換しますと,不思議なことが分かります。ほとんどすべての物理定数は10^(40)という数で整理ができるのです。例えば,万有引力定数は陽子と電子に働くクーロン力の約1/[10^(40)]です。宇宙が出来てからの時間も10^(40)です。その他いろんな物理定数が10^(40)という数で整理できます。(例えば10^(80)などです。)ここで一体どれが基本となる数なのか?と考えた時に宇宙の年齢と考えるのが妥当でしょう。

ではなぜ物理「定数」と呼ぶのでしょう。それは,宇宙の年齢に対して人間が物理量を測定し始めてからの月日は短すぎるという可能性があります。約150億年の宇宙の年齢に対して,人間が物理定数を測定し始めたのは,せいぜい千年のオーダでしょう。その間での変化は分からない可能性があるのです。

現在この仮説を支持する人は少ないですが,この仮説を否定できる実験事実は何もありませんので,正しいかもしれません。誰かが解明してくれることを期待しています。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます

専門的な回答お待ちしておりました。結構意外と私も大数仮説はありえるのではないかと感じました。我々が現在の物理定数を定義してから数百年、精度の高いものに限定すれば数十年ですのでもしかしたらもう一度精度良く計測すれば微量の変化があってもおかしくないです。それが証明できれば大数仮説の正しさを立証できますね。
 なんとも未知と不思議に包まれた世界に我々は生きているのですね。

お礼日時:2008/01/19 00:02

音速が、空気に対して秒速340mとかのように、



光速は、エーテルに対して30万キロメートル毎秒です。


空気やエーテルの性質としてそうなっているのです。


物理学では、光速も音速ももっと基本的な物理の数値に基づかせるが、

結局、一番基本的な所の数値について我々は測定するだけで、なぜそれでなくてはいけないのかは分かりません。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。

なるほど、そのように決まっているがなぜその数値なのかという点につきましては理由はないのですね。もうすこし自身で光について調べてみたいとおもいます。

お礼日時:2008/01/24 22:22

こんにちは。


おもしろい質問ですね。
他の方からもいろいろ反応もあり、まあ、“誰が決めたわけでもない“というのが正直なところでしょうが、実は、ちょっと見方を変えると、専門家もまじめに悩んでいる問題のひとつでもあります。

質問の言い方を変えてみましょう。
「1秒に光が進む距離は、人間の身長(約1.5m)の約2億倍。光の速度と、人間の大きさを決めている物理的原理との間に何か関係はあるのだろうか。逆に言えば、30万kmが60万kmだとどうなるかはともかく、もし、光が秒速3000kmくらいだったら、我々のタイプの人間(光の速度というものを考えることのできる知性を持ったタンパク質の集合体)は存在できたのだろうか。」

1秒を決めたのは人間ですし、30万Kmという距離(正しくは、真空中で29万9792km)を自分の身長や生活の距離感と比較して「遠いなあ」と感じるのも人間です。少し前まで1秒は地球の自転速度をもとに、また、1mも地球の大きさをもとに決めていましたが、もとをただせば1秒は「人間が時間として認識できる中で取扱やすい短い時間」、1mは「人間が長さとして認識できる取り扱いやすい長さ」として決まった単位でもあります。
(現在の技術的な規定としては、時間は特殊な原子の振動速度から、長さは光の速さから定義されていますが)

したがって、専門家の見解からすると、1秒は「タンパク質で構成され、イオン(静電気)の流れで計算を行う計算装置である“脳”が情報処理をする最小の時間のだいたいの値」であり、1mは「タンパク質で構成され、高度な計算を行う“脳“構造を、イオン(静電気)の働きである分子の活動(酵素・栄養)として維持できる生命システム(肉体)の大きさのだいたいの値」と考えることになります。
そこで光と人体に共通に出てくるのが「電気」です。光は電気の変動である電磁波であり、人体のシステムを維持しているのは静電気。光の速度は電気の速度にほかなりません。
そしてそれらの関係は・・・・

実はまだ当然と言える結論は出ていません。また、理論も極めて複雑で理解しにくい状況ではあります。それでも比較的権威ある方々の理論から無理矢理出てくる結果として次のようなものを紹介しておきましょう。

○ 光の速度が、もし、秒速3000km(今の光の速度の1/100)だったら、実は原子の大きさももっと小さくなります。原子の大きさを決めている原理には電気の力が関係しているためです。
また、ある程度高度な知能を持つための“脳”はある程度以上たくさんの分子の数が必要ですが、極端に多くても有利なわけではないので、分子の数はさほど多くはならないでしょう。その結果、「人体」は1/100くらいになります。また、脳の大きさが小さくなればイオンの動く距離が短くなって、時間感覚は早くなるはずですが、電気の速度が遅いので、結局、1秒の時間はあまり変わりません。
このため、「1秒当たりの光の進む距離は人体の約2億倍」の比率は変わらない・・・

一方、この理論には専門的なところで大きな疑問があります。
それは「重力」です。原子の大きさを決める力には電気の力が関係していると言いましたが、重力がどのように関係しているかはまだ計算できておらず、光の速度が1/100になっても人体が1/100にならない可能性があり、「大統一理論」というアインシュタインも失敗した理論の完成が待たれます(笑)

「神はなぜ毎秒30万km距離を与え賜たか」について考えると、「30万」の数字に神は何のご興味もないと思われるものの、「神は自らが定めた物理原則により宇宙が動くよう定められた」とするなら、「その結果、光の速度を考え得る「人間」の大きさは1秒当たりの光の走行距離の約2億分の1となるよう宿命づけられた」

さてさて、長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

いやー難しいですね。まあ世界の物理学者さんとかが毎日考えても分からないことですので私の様な素人にわからないとおもいますが。
 アインシュタインが何人もいてくれたらきっとそのうち宇宙の謎を全部解き明かしてくれるだろうにと考えています。

 今の物理定数があるからきっと人間が存在できて、これ以外の世界が仮にあったとしても人間は存在できないのかもしれませんね。

詳しい解説ありがとうございました

お礼日時:2008/01/19 00:14

考え方として何故光速は30万キロ/秒なのですか?


ではなく
何故地球の外周は4万キロ、つまり地球の寸法を元に1メートルを決めたら偶然にも30万キロと整合性が有るのか、と考えてください。

地球の寸法が仮に2割大きければ、逆に小さければそのような疑問が沸きませんね。つまり偶然です。
初期の1メートルは地球の大きさを元に決めたのですが現在では真空中の光の速さを元に1メートルを定義しています。

具体的には真空中で光が1/299,792,458秒間に進む距離を1メートルと規定しています。まあ初めに1メートルを決めてしまったのでこのような中途半端な数字になってしまいましたが。

宇宙の真理、真空中の光速と太陽系第三惑星の地球の寸法を比べれば光速が主、地球の寸法が従ですからね。
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ちょっと・・・


真空中の電磁波の速度は波長に関わらず、約30万km/秒で一定ですよ。ラジオの電波も光もX線も一緒です。
また波長は、波の高さではなく、ある位相から次に同じ位相になる間を結んだ長さのことです。
例えば90MHzのFM放送局の電波の波長は、300000000(光速)÷90000000(周波数)=約3.3メートルとなります。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。

へー なるほど。確かに以前光の速度は一定だと聞いたことがありました。ありがとうございます

お礼日時:2008/01/19 00:05

なぜ、神様が30万キロにしたかはわかりませんが、


光は可視光線と言い、人間にゆいいつ見える電磁波なのです。
電磁波は、波長(電波の波の高さ)によりスピードが
かわります。それで人間に見える電磁波(光)は
秒速30万キロなのです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

お礼日時:2008/01/19 00:03

>別に秒速60万キロでも90万キロでもいいようにも思いますが。



 もし秒速60万キロだったとしたら、あなたは「なぜ光速は60万キロメートル毎秒となったのでしょうか?」という疑問を持つのではありませんか?
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見ての通りです。


井の中の蛙大海を知らず。

しかし、そこにこの宇宙のスケールが1個あります。
そこからこの次元と時間、宇宙全部を見た人がいます。

井の中の蛙大海を知らず。されど空の高さを知る。
です。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます

うーん、人間には絶対分からないのでしょうか。アインシュタインをクローンでたくさん作りましょう。そうすればきっと解決できるかも

お礼日時:2008/01/18 23:54

恐らく質問文にいう「神様」とは「万物の創造主」の意味と思われますが、


そうであるなら話は逆です。
キロメートルも秒も人間が(いわば勝手に)作った単位です。
人間が作った単位に合わせて神様が光速度を決めたわけではありません。

たまたま人間が、地球の自転周期の86400分の1を1秒と決め、
地球の経線の1万分の1を1キロメートルと定めた上で、
光の速度を測ったらたまたま約30万キロメートル毎秒だったというに過ぎません。
(なお、上記は古い定義です)

では質問文を少し書き換えて、なぜ、30万×経線/1万÷自転周期/86400、
つまり、経線/自転周期の約260万倍が光速度に当たるのか、
という問題になるわけですが、私の知る限りこれについてうまく説明したものはありません。
あえて言うなら、私たち人類が、光速度に対してこのような比率を示す惑星に生まれたから、ということになるのでしょうか。
もしかしたらこのサイズ・この時間を持つ星が知的生命体発生の条件の一つなのかもしれません(哲学的な問題はさておき)。
その辺りは、科学の進歩を待つか、それこそ神様にきくかしかないわけですが。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます

どうやら一つ下に神様がいらっしゃるようですがちょっとあまり真剣には決めていないようです。

 きっとこれは人間原理的な考えで、この条件の世界だからこそわれわれが存在できるのかもしれませんね。

お礼日時:2008/01/18 23:53

ふぉっふぉっふぉっ、わしゃ神様じゃよ。


なぜ光速は秒速30万キロメートルとなったかじゃと?
最初はな、秒速20メートルと設定してみたのじゃよ。しかしなぁ、それじゃとピッチャーがボールを投げてバッターにボールが見えたときには、キャッチャーミットにボールが収まっているという現象が生じてしまう。何せ光の速さよりボールの速度のほうが速いからのぉ。
これだとデットボールなんて避けようがない。痛いの嫌いじゃろぉ?
それでいろいろ試したんじゃが、これくらいでええかのぉと感じたところが秒速30万キロメートルだったんじゃ。
なんも深い意味などありゃせん。気にしない気にしない。  
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この回答へのお礼

神様って日本語しゃべれるんだー!?すごい!すごいー!

お礼日時:2008/01/18 23:50

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