光や電磁波の速さは一定であると証明されているか

私には光の速さが一定であるとはどうしても思えません。
相対性理論は光の速さが一定であることを前提としているそうですが、
光の速さはどんなに長い距離を進んでも一定であることは証明されて
いるのでしょうか。
一定であるとすると、すごく遠い星の光が何故目に届くのかが疑問です。
光の速さで進んでも何億年もかかる距離にある星の光が何で減衰してなくなる
ことなく見えるのかが不思議で仕方ありません。
星から出たばかりの光はすごく速くて、徐々に減速しながら伝わって一定となる、
というふうに考えれば、わりと納得がいくのですが・・・

よくわかりませんが、そもそも星の距離も光が一定であることを前提に
測っているのではないでしょうか。もし光の速さが一定でないとすれば
その距離自体も間違っているということになります。
そして、星の光の波動の赤方偏移などから、宇宙が膨張していると
考えられているそうですが、光の速さが一定でないとすれば、v=fλより
波長も一定でなくなるわけで、赤方偏移が宇宙が膨張している
原因とはすぐにいえないかと思います。
膨張していると断定するからには、光の速さが間違いなく、どんな距離や空間を
たどっても一定であるという証拠がすでに発見されていなければなりません。

というわけで、当方は高校物理の知識しかもち合わせておりませんので、
難しい原理などは抜きにして、易しく説明いただければ幸いです。

No.17 ベストアンサー 回答者： AsanoNagi 回答日時： 2013/04/12 18:30

No.2 です。

物理の式に出てくるπは、なにも、「きれいな式にする」のが目的ではなくて、多くの場合、微分方程式の解として出てくるものです。

あと、「電流」とか「誘電率」の概念と、「その単位の定義」を混同してはなりません。
電流の単位であるＡの定義とは別に、電流も誘電率も概念としてあるわけです。

そういう意味で、「たまたま以前から使っていた」　メートルや秒を元にした単に奇妙な比例定数が付いてしまうことはあります。

それと、マックスウエルの波動方程式は、「電磁波の性質を方程式の形として」現したものです。
これを解くことで得られる、「速度」は、もちろん、現在観測されている電磁波の性質があるとすれば、その速度は、この速度ということになるのです。

この回答へのお礼

たくさんのご意見ありがとうございました。
足りない頭を絞っていろいろ考えてみたいと思います。

お礼日時：2013/04/16 07:30

No.16 回答者： psytex 回答日時： 2013/04/12 12:26

光速が早くなろうが遅くなろうが、光速より早い速度が

存在しない以上、光速が測地線（最短距離）を形成し、
時空計測の基準となるのです。
そして、光速を限界とする物理（静止質量０の粒子は
光速でのみ存在し得る）となって、我々の感じる世界を
生んでいるのです。

その時空において、なぜ「光速より早い速度が存在し
ない」かというと、超光速においてエネルギーが虚数と
なり、相互作用においてエネルギーは自乗となるので、
マイナス＝時間軸逆行（現在から過去への対発生）と
なるため、過去から未来への持続的時間の等価として
現在から過去（超光速）と未来（光速下）への対発生が
可能になるのです。
つまり、我々は光速以下の観察手段しか持たないが、
その外の領域も時間の経過において光速以下の観察
領域に入ってくると考えているため、超光速の可能性が
あると思ってしまうが、実はその領域は過去そのもの
なので、超光速としては観察され得ないのです。

No.15 回答者： lv4u 回答日時： 2013/04/12 11:01

>>相対性理論は光の速さが一定であることを前提としているそうですが、

この部分について
これは、名古屋大学学術機関リポジトリの「物質科学を学ぶための電磁気学の基礎事項／川邊　 岩夫」の「２７章電磁気学と相対論」に記載されていることと一致していると思います。
つまり、「光の速さ一定」とは、実験結果ではなく、仮定であり、公理です。

http://ir.nul.nagoya-u.ac.jp/jspui/bitstream/223 …§27相対論と電磁気学.pdf

No.14 回答者： s_hyama 回答日時： 2013/04/12 01:46

電磁波w＝λfの変化のそれを裏付ける観測例としまして、シャピロ遅延効果があります。

これは、1弱い重力場⇒2強い重力場⇒3弱い重力場での、
重力場を通過する場合、到達時間が遅れるという現象です。
1と3が同じ重力の強さなら、到達時間は遅れるが波長λは変化しません。

以下、重力場においても距離は変わらず光波速度が変化し、
時間遅延が起きるシャピロ遅延効果のアニメです。
http://einstein.stanford.edu/Media/ShapiroDelay- …
http://reocities.com/ResearchTriangle/node/3278/ …

あと、重力赤方偏移は、2⇒3ですので、λが大きくなり3ではRedShiftしてみえます。
以上により、重力場の電磁波の速度は変化しているといえます。

No.13 回答者： s_hyama 回答日時： 2013/04/12 00:52

きわめて、正常な感覚をお持ちですね。

ひゃまも、同じような感覚で多少勉強したのですが、
一点だけ、光速度というのは、定義値なんです。
何の定義値かといいますと、
今のエネルギー(E)と質量(M)に対して、C ＝ √(E/M)
だから他の物質量との相関値でもあるわけです。
電磁波のスピード(w)は媒質中で変化するように変化しています。
たとえば、真空中の重力場(2φ)では、w ＝ √(C^2－2φ)
でも時間の進み方もC/wになりますから、w　ｘ　C/w　=　C
結局、電磁波のスピード変化と同時に変化する時計の進み方で、
光速度は不変に観測されます。

これは遠い昔放たれた電磁波にも言えまして、
昔の電磁波の速度が今の1/10でも、未来に2倍になっても
そのエネルギー評価は、E　＝　mw　ｘ　C　=　MC^2

飛んでもない光論より

No.12 回答者： psytex 回答日時： 2013/04/11 22:51

#9の者です。

すみません、２段落目の「cが小さくなる」は、
「cが大きくなる」の間違いです。
申し訳けありません。

No.11 回答者： lazydog1 回答日時： 2013/04/11 22:33

　証明はありません。

今までのところ、実験・観測ではそうなっているというだけです。しかも、距離的には地球近傍のみ、期間的には光速度が測定できるようになったのは19世紀くらいからでしかありません。

　確かめたのは、距離的にも期間的にも、ごく限られています。それでも、宇宙誕生以来、宇宙の至る所で光速度は不変だろうという原理を仮定して物理学理論は作られています。

　仮定であるということは覆る可能性はあることが分かっているからです。光速度はなぜいつも秒速30万kmなのかについては、全く理由が分からないので、それは説明抜きに受け入れるようにしておこうということですが、そうしたものを原理と呼んでいます。

　光速度不変の原理は、誰も保証してくれないし、理由も分からないけれど、今まで調べた限りではそうなっているらしいということでしかありません。逆にあまりにも分からないので、そうなっていない可能性を考えたり調べたりする手掛かりも無いのです。

P.S.

　たぶんですが、専門家から物理ファンまで、みんな胸を張って「光速度は不変です」とは言っていても、「まあ、ローカルな話だけどなあ。大昔のことも未来のことも分からないし、すぐ隣の恒星にすら行ったことないんだから」と思っている筈です。

No.10 回答者： angkor_h 回答日時： 2013/04/11 22:26

あなたの疑問にお答えできるかどうかはわかりませんが、下記ご参照；

http://www.nao.ac.jp/study/uchuzu/rule.html

宇宙膨張速度=光速となる位置が、観測できる宇宙の大きさ(の限界)と言っています。
観測限界点の外側の膨張速度は光速の3倍(他の記事では4倍)とも。
似たような記事は他にも見られます。

No.9 回答者： psytex 回答日時： 2013/04/11 20:43

もし、光速が大きくなれば、距離が縮みます。

光速が無限大なら、全宇宙どこへでも一瞬で行ける＝
全宇宙が一点となる訳です。
逆に言えば、現在観察されている宇宙の膨張とは、
光速がどんどん小さくなっている事と等価だと言えます。

そして実は空間の基準である光速cは、物体の基準で
あるプランク定数h（量子性）と相関しており、cが小さく
なる事はhが小さくなる＝不確定性（確率的広がり）が
小さくなる＝物体が収縮する事と等価なのです。
（空間が膨張している＝物体が収縮している）

この捉え方によれば、宇宙膨張＝プランク定数hの減少が
時系列をなし（=時間軸）、宇宙の始まりは「エネルギーの
かたまりからの爆発」ではなく、不確定的無限（無限不確定
=無）からの不確定性原理による時・空相補分化であると
言えるのです。
「自我仮説経験=経験=過去（超光速）=時間的流れ=時間軸」
と「時空仮説=予測=未来（光速下）空間的広がり=空間軸」
の階層現象的表面的定性化（原理的な光速（超弦）の
非光速化）による相補分化。

No.8 回答者： chiha2525 回答日時： 2013/04/11 20:23

実は、あなたの考えは非常に正常です。

“今”の時点では光の速度は変化なく一定だと観測されていますが、宇宙が出来てから現在そしてはるか未来まで一定であるという保障はありません。そしてそのような、つまり光の速度が時間依存であるような理論は、すでに考えられています。ちなみに光の速度が時間依存の場合、それは見かけ上、重力定数が変化するように見えることが分かっています。これは（未だ発見されていない）ダークマターに変わる候補の有力な１つとして認識されています。

光の速度に限らず、物理定数は“定数”なのか？という疑問は、実はなかなか興味深いテーマの１つです♪