光の性質

質問

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89
ここにある光の説明で

光源や観測者の速度にかかわらず相対速度が変化しないという特徴を持つ。

と記述されていました。これはいったいどういう事なのでしょうか？
もし仮に光と同じ速度で移動することができれば、
ある物体から自分が離れていくとき、その物体の方向を見ていると
常に同じ絵を目でみることができるような気がするのですが
この説明だと普通に見ているのと同じ絵がみえるということですよね？
（見える大きさは小さくなるとしても）

どうしてこのようなことがおこるのでしょうか？

回答No.5

moby_dick

先ず、
「光源や観測者の速度にかかわらず相対速度が変化しない」という言い方は正しくなく、
「光源や観測者の運動にかかわらず、光速は常に一定ｃである」が正しいです。

さて、
言われる、
「常に同じ絵を目でみる」や「普通に見ているのと同じ絵」の意味が分かりません。

それで、絵から出た光がどう見えるかを説明します。
その光の速さと色（振動数）についてです。

絵から黄色の光が出るとします。

(1)絵に対し観測者が止まっている場合
観測者は、速さｃで、黄色の光を観測します。

(2)絵と観測者が遠ざかっている場合
観測者は、速さｃで、より低い振動数の光、より赤っぽい色の光を観測します。

(3)絵と観測者が近づいている場合
観測者は、速さｃで、より高い振動数の光、より青っぽい色の光を観測します。

（速さが常にｃであるの（即ち、光速度不変）は、理解しがたいことですが、この宇宙の性質なのです。）

(2)と(3)で、絵と観測者の相対速度がcに近づいたり、ｃを超えると、
光は普通には見えないか、（恐らく）全く見えなくなります。
振動数がゼロとか、また、まあ無限大ですから。
無限大は、衝撃波を意味します。

（なお、
アインシュタインの特殊相対性理論は、相対速度は光速を超えないとしていますが、

実は、その相対性理論は、基本的な所で間違っていて、
正しい相対論では、相対速度が光速を超えることは全くありえることです。
ただ、光速を超えると、上述のように、観測が困難、出来ないとなります。）

回答No.4

N64

「光源や観測者の速度にかかわらず相対速度が変化しないという特徴を持つ。」ということは、観測上の事実なのだそうです。マイケルソン・モーレイの実験
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%B1%E3%83%AB%E3%82%BD%E3%83%B3%E3%83%BB%E3%83%A2%E3%83%BC%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%81%AE%E5%AE%9F%E9%A8%93
のように、いくら精密な装置で測定しても、そうとしか言えない、と言うことだそうです。アインシュタインは、この事実を基にして、特殊相対性理論を導いたのだそうです。

回答No.3

chiyogami01

相対論の光速は一定であるとドップラー効果の話しですね。
普通だと一定速度で移動しているものの速度は測定者の速度によって変化しますよね。
自動車を止まってスピードガンで測定するのと、同じ方向に走りながら測定したのでは、後者が遅く測定されますよね。
そして、走っているのが光、自分がロケットに乗ってとします。
光速一定の法則だと、ロケットの時間が地上と同じように進むとすると、ロケットからは光の速度がのろく見えてしまい、光速一定にならない。ロケットの中の時間の進み方が遅くなるとすれば、ロケットの中から見ても光速度(即ち"距離÷時間")は変わらない。
こうすればその場面を外から止まって見ている人にも、ロケットの貴方にも同じ速度にみえますよね。
光との速度差分だけ時計が遅くなるわけですから。
移動していると時間が遅くなる。
ずっと光速で宇宙旅行をしてくると、帰ってきたら息子がおじいさんになってる。
ウラシマ効果といいます。
移動している観察者が速度を変えても光の速度は一定に見えますが、速く近づくほど光の周波数が高く見えます。
青に近くなるわけです。
逆に遠ざかっていっても光の速度は変わって見えません。
周波数が低く、赤っぽくなります。
救急車のサイレンと同じドップラー効果です。

設問では自分が光の速度で移動していると、ですが
光速になってしまうと見えなくなると言うか、同じ光景がずっと変化せず見えるわけです。
言い換えると時計を見ながら遠ざかると、時計が止まって見えます。
地上の時計の脇でロケット内部の時計を見ていると、これも止まって見えます。
つまり一方がもう一方から光速で離れていくと、お互いに止まって見えるのでどちらが移動しているか確定できません。

回答No.2

porilin

>光源や観測者の速度にかかわらず相対速度が変化しないという特徴を持つ。
>と記述されていました。これはいったいどういう事なのでしょうか？

まさにそういう事です。観測者の位置・移動に関係なく光の速度は一定という事になっていて、今のところ肯定する検証結果となっている様です。
詳しい話は相対性理論などの本を読む必要がありますので参考になりそうなurlを貼っておきます。
＞http://www.geocities.co.jp/NatureLand/4270/imanishi/science.html

＞もし仮に光と同じ速度で移動することができれば、

とりあえずこの仮定が成り立ちませんので、それ以降の仮説も無意味です。
光速以下で移動している物体が加速した結果光速に達する事はありません(と、いまのところなっています)。

回答No.1

Deerhunter

なぜそうなのか？と言われると、凡人の私にはたいした答えは出来ませんが、個人的にはアインシュタインのこの着想はもともとマクスウェルの電磁気学の方程式からきていると理解しています。

つまりマクスウェルの説を信じるなら電磁波（光）の速度が常に一定でなければならず、ニュートンの古典力学から逸脱してからです。つまり数学的に考えればそうでなくてはいけないということで、非常に counterintuitive なのですが、私はその辺で”ああ、そんなものか”と思ってしまっています。とても私が理解できる領域ではないので。

詳しくは同じウィキの以下にあります
マクスウエルの方程式なども見てみてください。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A%E7%9B%B8%E5%AF%BE%E8%AB%96