光速度不変の原理について

質問

【質問１】
「亜光速の宇宙船から、併走する光の速度を測定すると、光は30万km/sの速度で宇宙船から離れていく。宇宙船からの見た目的にも、光はぶっ飛んで行く」
こういった例が光速度不変の原理の説明によく現れますが、

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(1)宇宙船は質量を必ず持つ。よって宇宙船の速度は亜光速が限界（光速にはなれない）。なので、宇宙船からの見た目的にも、光のほうが速いので、光はぶっ飛んで行くように見える。
(2)亜光速である以上、宇宙船内の時間は遅く進む（が、光の速度で進む物の時間よりは遅くはない。亜光速の時間の遅さ＜光速の時間の遅さ　である）。
(3)宇宙船内は、亜光速なりには時間は遅くなるので、併走する光の速度を測定すると　＜亜光速なりに遅くなった時間の間に、光が進んだ距離÷亜光速なりに遅くなった時間＝30万km/s＞　となり、光速度不変のつじつまが合う。
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という理解でよろしいでしょうか？

【質問２】
また、この例は「亜光速の宇宙船から、併走する光を測定」についてですが、
「光から、併走する光を測定」の場合は、併走する光はぶっ飛ばず、とまって見える気がするのですが。。。（「速度(=km/s)」ではなく、「見た目」の話)

あるいは、光速同士（AとB）が併走すれば、AにはBがぶっ飛んで見えて、BにはAがぶっ飛んで見えるのかな？

回答No.2

DIGAMMA · ベストアンサー

こんにちは、

【質問１】
(1)は、質問２の「１m/s差」の話を参考にしてください。
(2)は、光速と亜光速では全く別の世界です。亜光速がちょっと頑張れば、光速になれるのではありません。ですから、両者の時間の進み方の比較自体に無理があります。
　（そもそも光が時間を認識しているのかも不明ですし、時間を認識できない者がなぜ一定速度を保てるのかはもっと不明なのです。この当たりの話になると、「時間とは何か？」の論議から始める必要があります）
(3)はOKです。

【質問２】

仮に宇宙船が光より秒速１ｍだけ遅いと仮定します。
その場合、「光が秒速１ｍで移動するのを観測する」と思われますが、この場合、宇宙船の時計は３億倍くらい遅く動きますので、宇宙船の中の人がストップウォッチで計るとやはり、秒速３０万という結果が出るのです。外から見ている人は、併走している様に見えます。

また、光同士の場合（その光が「目と心」を持っているとして）お互いの時間の進み方は同じで、お互いの速度も同じなので、お互いに併走していると思うでしょう。

　ご参考まで、この手の問題は実はいろいろな解釈があります。他にも多くの回答があると思います。小生も他の識者の回答を注目します。。

お礼

御礼が遅れまして、申し訳ありませんでした。

【質問２】の内容、非常にわかりやすく、感服いたしました。
回答ありがとうございました。

回答No.5

space-alien

Ｎｅｗｔｏｎ（ニュートン）7月号に、相対論を判りやすく説明しています。
　質問者の疑問にも十分対応していると思います。
　僕も、質問者が言うとおり「光が止まって見えるのではないか」とか、また「同時性が観測者により変わるのはおかしい」などと、思っていましたが、これを何回も読むと「そうなのかなあ」と半信半疑（僕には理解する能力がないようでしたが）になりました。
　冒頭の雑誌を既に読まれていての質問であったら「ごめんなさい」。この解説はとても面白く、このような疑問を持っている方にはお勧めです。でも残念なことに何度読んでも、僕の頭では斜めに首を振って納得すすのが精一杯でした。
　もちろん、この説明をされている東大の佐藤教授の書かれていることが完璧なのかは、こんな僕にはまったくわかりません。

お礼

御礼が遅れまして、申し訳ありませんでした。

雑誌を購入してよんでみました。
ほかにも、同様のムックが複数発売されており、参考になりました。
新宿のジュンク堂で各本をそろえました。

情報ありがとうございました。

回答No.4

shiara

この手の問題を考えるときには、速度は相対的である、ということを忘れてはいけません。唯一、光の速度のみが絶対的なのです。宇宙船が亜光速で動いている、という条件を設定した時点で、「宇宙船が亜光速で動いていると観測される観測者」を設定していることになるのです。ですから、亜光速で動いている宇宙船について議論するときは、そのような観測者から見た場合の話であることを忘れてはいけません。

質問１の(1)
　宇宙船から見た場合の話になっているので、宇宙船が亜光速で動いているかどうかは関係ありません。誰が観測しても、光の速度は一定です。

質問１の(2)および質問２
　「宇宙船が亜光速で動いていると観測される観測者」から見れば、宇宙船内の時間はゆっくりになります。
　「光の速度で進む物の時間」は定義できません。光の固有時はゼロになりますから、光の速さで動けば時間は経過しない、と考えられなくもないですが、光の速さで動く観測者は存在しないので、物理的に意味のある議論とはなりません。

質問１の(3)
　「宇宙船内は、亜光速なりには時間は遅くなる」これは、「宇宙船が亜光速で動いていると観測される観測者」から見た場合の話です。一方、「併走する光の速度を測定する」は、宇宙船から見た場合の話です。違う立場のものを一緒に考えてはいけません。

お礼

御礼が遅れまして、申し訳ありませんでした。

＞「宇宙船内は、亜光速なりには時間は遅くなる」これは、
＞「宇宙船が亜光速で動いていると観測される観測者」から見た場合の話です。
確かにそのとおりです。
凡人としては、その点をごっちゃにして考えてしまい、混乱する種になっていたようです。
回答ありがとうございました。

回答No.3

kentarou2333

質問１については、上記の理解で問題ありません。

質問２については、「どちらからも見えません」が正しい解答になります。

なぜなら、ＡからＢを観測するためには、Ｂから放出されている光を見る事になります。
しかしながら、Ｂから放出されている光はＡが光速で進んでいるとＡに追いつく事ができません。

お礼

御礼が遅れまして、申し訳ありませんでした。

回答の説明、言われてみればまったくそのとおりですね。
すると、光に目があるとすれば、自分の前方以外の物は、何も見えなくなるのか。。。？

回答ありがとうございました。

回答No.1

i-q

物理は好きですが、僕は物理学者でもなんでもないので参考程度に読んでください。（習ったこと以外は自分の推測が混じっているからです。）
質問１の（３）以外概ね合っているような気がします。理由は分からないですが、光は常に30万Km/ｓで以下がその例です。
1：地面の上で野球ボールを100Km/ｈ投げる（もちろん直線、失速しない）
2：300Km/ｈの新幹線上から、進行方向に野球ボールを100Km/ｈを投げる（無理だ）
3：地面の上で同じ方向に、光を飛ばす。
4：例2と同じ新幹線上で、進行方向に光を飛ばす
答
1：100Km/ｈ
2：300Km/ｈ + 100Km/ｈ＝400Km/ｈ
3：30万Km/ｓ
4：30万Km/ｓ！！（←これが光速度不変の原理、"+ 100Km/ｈ"にはならない。）

あと質問２は、多分お互いに止まって見えるのでは？憶測ですが・・・

お礼

御礼が遅れまして、申し訳ありませんでした。

速度の例、非常にわかりやすかったです。
ありがとうございました。

補足

回答ありがとうございます。
質問１の（３）なのですが、そもそも解説書などの「光速度不変の原理」の説明に２パターンあるんですよね。
ひとつは「宇宙船が光と併走するパターン」、
もうひとつは、仰られた「乗り物上で、進行方向に光を飛ばすパターン」。
後者は、そういうものなんだと諦めがつくのですが、
前者は「光の速度で併走しても、光は光速で見える」とだけ書いてある場合が多く、その理由は自分にとって謎でした。
なので質問１の（３）のような理由付けをし、評価がいただきたかったのです。

「光の速度」とすると、時間と距離の話になってしまいますが、
あくまで質問２のようない「光（または亜光）から光を見たときの、見え方」にこだわりたいと思います。