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同時性の不一致について

2008/07/26 20:15

Newton（みるみる理解できる相対性理論）という本を読んで疑問におもったことなのですが右向きに光速に近い速さで進む宇宙船内がある左右に光検出器をひとつずつはなして置き、真ん中に光源を置く。右の光検出器に光源からの光が入ると宇宙船の右側に取り付けられた発射装置から発光弾が発射され、左の光検出器に光が入ると左側の発射装置から発光弾が発射される。宇宙船内から見ると、光は同時に光検出器にとどくので、発光弾は同時に発射される。宇宙船外から見ると、宇宙船は右に光速に近い速さで進んでいるため先に左の光検出器に光が届き発光弾が発射され、その後右の光検出器に光が届き右の発射装置から発光弾が発射される。つまり宇宙船外から見ると発光弾は同時に発射されない。ということなのですが、これが理解できません。もし宇宙船内の人が発光弾が発射したのを確認した瞬間に宇宙船外に飛び出たとすると、おかしなことになるとおもうのです。どうなるんでしょうか？どなたか説明してください。お願いします。

7panda
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物理学
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yokkun831
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2008/07/28 21:27 回答No.6

>この部分をもっと詳しく説明していただけませんか？もちろん，同時に発射されたはずの発光弾があたかも左のほうが先に発射されたような軌道を描くのを見るでしょう。静止系にたったのですから，当然です。宇宙船の左右両端に時計をおくと，静止系から見たとき左の時計は右の時計より先に進んでいるように見えます。急停止中に観察者は，左の時計が右の時計より早く時を刻むようになるのを見るわけです。もちろん，以上の議論ではANo.5さんが指摘しているような観察における光の伝播時間は一切考慮していません。通常この類の議論では問題を単純明快にするため考慮せず思考実験するのが普通に行われているやり方です。また，急停止とはいえ有限の時間をかけるわけですから，その間に，静止系ではとんでもない時間が過ぎ去っているはずであることを度外視した議論であることも付け加えましょう。

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shiara
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2008/07/28 17:09 回答No.5

「宇宙船外から見ると発光弾は同時に発射されない」というのが理解できないということですが、我々が普段見て同時とか同時でないとかと言っているのとは、状況が違います。パッと見て、比較できないのです。左の発光弾が発射されても、すぐには観測されません。観測者に発光弾の光が届くのに時間がかかるからです。右の発光弾にしても同じこと。観測された順番に発光弾が発射されたとは限りません。宇宙船外にいる観測者は、発光弾の光が（自分にとって）いつ観測されたのか、というデータのほかに、宇宙船がどれくらいの速さで動いているのか、宇宙船の長さはいくらか、といった様々なデータを元に、発光弾が発射されたのはいつか、ということを計算によって求めます。その結果、宇宙船外にいる観測者は、先に左の発光弾が発射されて、その後、右側の発光弾が発射された、と結論付けるのです。

yokkun831
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2008/07/26 22:21 回答No.4

瞬間に飛び出すのはまあいいとして，瞬間に止まることはできませんね。説明の中で，「宇宙船外から見ると」といっている立場は，宇宙船が光速に近い速さで右に進んでいると観測する立場つまり「止まっている」立場のことをさしています。瞬間に飛び出しても，光速に近い速さで宇宙船と並行して飛ぶだけですね。それなら，宇宙船内の立場と同じです。じゃあ船外に飛び出して急停止したらどうなるか？実際無理な話ですが，その立場に立つと本当におかしな光景を見ることになるでしょう。でも，時間をさかのぼるというような因果関係を破るような矛盾は生じませんよ。

質問者

補足 2008/07/27 12:24

すいません。言葉足らずでした。宇宙船を限りなく０に近い時間で急停止させた後に宇宙船外に出ると発酵弾はどう見えるかということを聞きたかったのです。 >じゃあ船外に飛び出して急停止したらどうなるか？実際無理な話ですが，その立場に立つと本当におかしな光景を見ることになるでしょう。でも，時間をさかのぼるというような因果関係を破るような矛盾は生じませんよ。この部分をもっと詳しく説明していただけませんか？

chipndale
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2008/07/26 22:03 回答No.3

すいません。１点だけ気になったことを… ＞宇宙船内の人が発光弾が発射したのを確認した「瞬間」に宇宙船外に飛び出たとすると… 「瞬間」という表現を無造作に使っています。移動自体が光速を超えられないと言うのが相対論の要求です。ですから瞬間という思考上の概念は物理学的には意味が無い物になります。これを知った上で質問者様の疑問は解決されませんか？