光や電磁波の速さは一定であると証明されているか

Question

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。

titokani · Answer

>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、
話が逆です。
どんなに精密に測定しても、光の速さが一定に観測されるので、それを説明するために考え出されたのが特殊相対性理論です。

あなたが納得できるかどうかに関係なく、とにかく一定の速度で観測されてしまうという事実は事実なのです。

AsanoNagi · Answer

光は波でもあります。
例えば、水面をボートが進んでいるとして、このボートが発生させる波は、水面を（水面に対して）一定の速さで伝わってゆきます。
ボートの前面が速いとか、また、だんだん遅くなるいうことはありません（小さくはなります）
質問の中にある、「光が減衰しながら伝わる」ということですが、だからといって、速度は変わらないわけです。
このあたりが、ボールが転がったりする様子とは違ってきます。

そうして、波は、「波を伝える物」の特性によって、どのような速さで進むかが決まります。
あと、「光速は一定である」というのは、「真空を伝わる光の速さ」が一定なのであって、ガラスの中を伝わったり、水中を伝わったりするときの速さは、真空中の速さより遅くなります。

さて、「光が真空中を伝わる速さ」は、「（光を伝える）真空の性質」で決まるということになります。
実際に、光を含む電磁波の性質を表す「マックスウェル方程式」を解き、これに、（真空の性質である）「真空の誘電率」と「真空の透磁率」を代入すると、（電磁波一般の速度として）光速が得られということになっています。

これによって、真空の性質が同じなら、光の速度も同じと言えるわけです。

chie65535 · Answer

＞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

「光の速さが一定である」と同時に「時間の流れが相対的」なのです。

「相対速度が異なると、時間の流れが異なる」のです。

「速さ」ってのは「一定の時間でどれだけ進むか」ですから、尺度となる「時間」の流れが相対的に異なる」と「見た目の光の速度が異なる」のですが、同じ「慣性系」に居る場合は「光の速さが一定」なのです。

＞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。

同じ事を考えた事があります。

「夕焼け」や「朝焼け」で、空気中をより長く進んだ太陽光線が「空気中の微粒子」により赤い波長以外が拡散して赤くなる、のと同様に、宇宙空間を進んだ光線が「何らかの未知の物質」により赤い波長以外が拡散して、赤い光だけが届いている、と言う可能性もあります。

つまり、宇宙は膨張しておらず、膨張以外の理由によって、光線の波長が赤い方にズレているのかも知れない。

今は「暗黒物質」とか「暗黒エネルギー」とかの理論がある訳で、もしかしたら、光が何らかの影響を受けているかも知れない。

＞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。

証拠なんかありませんし、人類が「その証拠」を観測する事も出来ません。

ただ単に「光速度不変と考えたら、今までの観測結果や実験結果が、すべてツジツマが合う」ってだけです。

なので「光速度不変と考えたら、ツジツマが合わなくなる、何らかの観測結果」でも発見すれば、世紀の大発見になりますよ。

tadys · Answer

物理の法則は数学の法則などと違い、証明で正しい事を確認するようなものでは有りません。
物理の法則は観測事実と整合するかどうかが全てです。
観測方法が進化するにつれて、それまで正しいとされていた事が間違いだと分かる事は少なくありません。
物理学は間違いを修正する事で進歩してきたと言っても過言では有りません。

真空中の光の速さが一定である事は観測による事実です。
難しい原理などは有りません。

星までの距離をどうやって測っているかはこちらをどうぞ
http://www.nao.ac.jp/faq/a0601.html

SPROCKETER · Answer

光速度は一定ではありません。光が通過する媒体によって微妙ですが変化しています。真空中よりも、液体や固体を通過する方が光速度は遅くなります。光速度が遅くなる現象も確認されています。

光速度は確かに大筋では一定で不変ですが、精密に観測すると、媒体によって変わる性質を持っているわけです。同じように、厳密に測定すると決して不変ではない物理定数は数多く存在します。

参考URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%80%9F

kamobedanjoh · Answer

『すごく遠い星の光が何故目に届くのかが疑問です。』
目に届かない星の数の方が圧倒的に多いのです。どんなに優れた望遠鏡でも，宇宙の果てまでは見通せません。１個の星のように見えるものが，実は銀河団（銀河の集合体）だったりします。

『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』
減速して，且つ定速になる，その原理を説明できれば，ノーベル賞物です。
減速とはマイナスの加速度です。どんな力が働いて，加速度にブレーキを掛け，加速度ゼロの状態を創り出すのか，そこがポイントです。働く力が見つからないから，最初から定速とした方が都合が良いわけです。

『星の光の波動の赤方偏移』
ドップラー効果として，音の伝わり方で習いませんでしたか？　光にもドップラー効果が働き，遠ざかる物から発する波長は，止まっているときより長く観測されるのです。

余談ながら新たな疑問は，なるべくなら，補足でなくて新しい質問にして下さい。
次の回答者が混乱させられますから。

ORUKA1951 · Answer

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。
★光が自分がどの距離飛んできたか知る由はないでしょう。あなたの傍を通り過ぎている光が自分は遠い星から来たからそろそろゆっくりなんて・・
　証明されているのではありません。これは科学に対する誤解に基づいている。科学は、
・光の速度(この場合真空中)は一定である--と仮定したときに、すべての観察結果が矛盾なく説明できる。
　これ以上でも以下でもありません。

・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。
　確実に減衰していますよ。あなたの頭上にある照明は、距離の二乗に反比例して弱くなります。明るさにカンデラとルクスがありますが、カンデラは光源の強さ、ルクスは照らされている面の明るさ。
　音だろうと光だろうと、距離が離れればその波面の面積(球体の表面積)は常に距離の二乗に反比例して弱くなります。

・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。
　太陽の明るさと、隣のケンタウロスの明るさは、あんなに違うのに？？？

・そもそも星の距離も光が一定であることを前提に
　赤方偏移を間違えています。光が長波長にずれても紫外にあった光が届きます。
　そうではなくて、原子の吸収線スペクトルは決まった間隔で特異的な吸収をします。フラウンホーファー線( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%82%A6%E3%83%B3%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%BC%E7%B7%9A )。これを見て、ずれていることを観察するのです。
　最初に赤方偏移が発見されたとき、それが光源である星が遠ざかっているからだと推測されました。ならば、宇宙にある星は相対的に遠ざかっているものがあれば近づいてくるものもあるはずだと、一生懸命探しましたが、ひとつとして紫方偏移の星は見つかりませんでした。
　そしてデータが集まると、どうも暗い星ほど赤方偏移が大きい。
　こんな無茶な話はありません。勝手の地動説じゃありませんが、まるで地球が宇宙の中心にあって、すべての星が地球から遠ざかっている。典型的な地動説です。そんな馬鹿なことは・・・
　それで至った結論が、宇宙全体が拡大している。ちょうど風船の上に点を書いて風船を膨らませているイメージ。これならどの点から見ても宇宙は自分を中心に拡大しているように見える。
　そのことから、遠くにある星ほど早く遠ざかっているように観察される（赤方偏移が大きい）ことが説明できる。
★そのように仮定するとすべての観察結果が説明できる。
　^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^科学はそこまでです。
・(真空中の)光の速度が一定である。
・宇宙は拡大し続けている。
　これらを仮定するとすべての観察結果が矛盾なく説明できる。
　　真実であるか否かは関係ありません。

・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。
　一万年前に旅立った光が、自分の年齢を知っているという仮定も成り立ちますが、残念ながらその仮定は観察されていません。太陽から届く光も目の前の電球から届く光も速度は同じです。

chiha2525 · Answer

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♪

psytex · Answer

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。

angkor_h · Answer

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。

光や電磁波の速さは一定であると証明されているか

>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、

光は波でもあります。

＞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

物理の法則は数学の法則などと違い、証明で正しい事を確認するようなものでは有りません。

光速度は一定ではありません。

『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。

実は、あなたの考えは非常に正常です。

もし、光速が大きくなれば、距離が縮みます。

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；

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