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光って本当に等速直線運動？
哲学カテで怒られちゃったのでこっちで質問します。時空がゆがむっていうのがちょっと信じられないのです。光が必ず等速直線運動で一定の速度だっていうのは本当なんですか？
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日常で経験できる相対論的効果ですか。カーナビがだめなら、電流はどうですか。もっとも、電磁気学を学んでないと、実感がわきませんが。 電流は線さえつなげば瞬時に流れますが、実態である電子の動きというのは、実に遅いのです。歩いて追い越せます。電線に電流があれば、磁場が生じますよね。では、電子の速さと同じ速度で、その電線に沿って歩くとどうでしょうか。この場合、電子は静止になりますから、電流は流れていないはずです。すると磁場はない？ そんなことはありません。歩いてないときと同じように、電線に鉄はくっつきます。方位磁石だって反応します。 もっと単純なモデルでは、電子が磁場の中を動くと考えてもいいです。電子に対して、静止したり、一緒に動いたりすると、結果が変わります。どちらが正しい？ 実は、これが古典電磁気学のパラドクスだったんです。特殊相対論を適用すると、するりと解決します（い、いかん、解決の仕方を忘れた！ また復習だ）。
お礼
ありがとうございます。またまた難しそうですね。そうですね、歩く速さでも、原子の大きさからしたら一瞬ですからね。確かにこれって、何か関係ないようでありそうですね。 電子と電波（光子？）は関係ないかと思っていたんですが、どうも無理やり振動させると光になっちゃうんですってね。媒体から飛んでっちゃうの？ 磁場については、全くちんぷんかんぷんです。ごめんなさい。 古典電磁気学のパラドクスの解決わかったら、この教養のない小学生に教えてください。
補足
頭のいい回答者の皆様ありがとうございました。 ＧＰＳ調べてみたら高度２万キロの重力の差でようやく一日当たり、３８．６マイクロ秒なんですってね。たいしたぐにゃぐにゃでもなさそうです。ちょっと、安心しました。本当に無知でごめんなさい。考えてみたら地球がまわってても、あれー目が回るなんて感じませんものね。良かった。 しかし、逆に何かぐにゃぐにゃをもう少し身近で体感したくなりました。ウィルスぐらいちっちゃくなって、リニアにでものれば何か分かりますか？
重力レンズなど光が曲がって見えるのに、なぜ直線運動？ということについて、差し出口を挟んでおきます。 曲がるのは時空が歪んでいるからですが、歪みは時間の流れる速さを変化させます。ですから、その場所その場所で計測すると（局所的、といったりします）、個々の場所で時間の流れる速さが変わっているため、ちゃんと等速直線運動です。
お礼
ありがとうございます。恐ろしくて言葉もありません。
補足
ありがとうございます。頭のいい皆様のおかげで、だいぶ空間のゆがみの疑いが晴れてきました。ただ、重力レンズなどのように特殊な状態でなくても、実生活でも体験することは無いとも言えない気がしてくるのです。例えば、生まれつき目の不自由な方は、時間、速度に敏感で、距離に無頓着（光を感じないために）であったりすると、既に体感しているのかもと思えてくるのです。そんな経験とかって知っていますか。
- sanori
- ベストアンサー率48% (5664/11798)
Ｎｏ．２です。コメントにお答えします。 ＞＞＞ ありがとうございます。やっぱり基本的には等速運動ですか。 哲学カテで頭のいい人が ＞・・・ ＞つまり、ほぼ光速の物質から光が飛び出すことになるんです。 ＞この光の速度を計ってみたら、やはり光速であったということです。 こんなこと言っていました。これって加速させて光を作っていますよね。それなのに光はやっぱり等速なんですか。いかなる時でも？ はい。いかなるときも等速です。 相対論で言うところの「（重力による）空間のゆがみ」があって、光が曲線で走るときも、速さは同じです。 ただし、前回回答のようなことはあります。
お礼
ありがとうございます。 そうですね。等速なのですね。眼には見えない空間のゆがみは、そこらあたりにありそうですね。恐ろしいです。
- tareo
- ベストアンサー率58% (7/12)
時空が歪むのを直接見る方法は知りませんが、間接的な証拠として水星の近日点移動という現象があります。またブラックホールとおぼしき天体による重力レンズと言われる現象もあります。 もうほかの方も述べられているように、理論というのはある事実を前提として論理的に組み立てられていきます。そして、それよって得られた結論がいろいろな他の現象を説明できるのであれば、その理論の前提は正しいのではないかと認める事は、合理的な態度だと言えます。 つまり、今のところ光速度不変の原理を捨てる理由はないということです。何故この様な性質が我々の時空で見られるのかという根本的な理由は、この宇宙が何故存在するのかという話と密接に絡んでいるのかもしれませんが、残念ながらそれ以上の事は私にはわかりません（ここまでいくと哲学みたくなるので。それにしても、哲学屋さんて相対性理論がお好きなようですね。）。ただ、真偽のほどはわからないのですが、何かの参考になるかもしれない話があります。だいぶ前に聞いた話なので、うろ覚えなのですが、もし他に宇宙というか他の時空だったかいうようなものがあるのであれば、我々の宇宙と同じような性質を持たなければならない理由はないかもしれないという話を聞いた事があります。ここまでいくとSFみたいなのですが、参考までに。 最後に相対性理論の実証実験は現在でも続けられており、それらの結果から99％ぐらいだったと思いますが、それぐらいの確度で正しいのではないかと言われいます。でも、まだ反論の余地はあるという事です。それらの実証実験の一つはこの質問の冒頭にもあった、粒子加速器での実験です。以上、何かお役に立てるものがあれば幸いです。
お礼
ありがとうございます。逆に重力レンズぐらいの現象しか、目ではみれないということですね。 何か、光が特別だということがだんだんわかってきました。質量がないばかりでなく、音と違って媒体いらないですものね。コンコルドの中が無音だなんてこととは全く別次元ですね。 それにしても、ぐにゃぐにゃの中で生活してるなんて。
補足
ありがとうございます。時間と空間が絶対的でないという経験は日常でも可能でしょうか。
- samneko
- ベストアンサー率50% (27/54)
実験について： 実際には星の数ほどの実験が行われています。No5 ORUKA1951さんのおっしゃる「日食中の星のずれ観測」も有名な一つです。 たとえば、高速移動すると時計が遅れる、という相対性理論からの予言があります。ある粒子は非常に寿命が短く、ほぼ光速で走っても数センチメートル進んだところで崩壊して消えてしまいます。ところが、この粒子が、発生源から何キロメートルも離れたところまで走っていくことが観測されました（実際には大気上層で生まれ、地表にまで届く）。これは、粒子が非常に高速で走っているために「粒子の時計」が遅れ、そのため、粒子としては一瞬の寿命なのに、周りから見ると何キロメートルも走れるほどの寿命を持つように見えてしまうことが原因です。 このほかにも、たとえばカーナビなどでおなじみのGPS、これは非常に高精度の時計を積んだ人工衛星なのですが、相対性理論で計算するとこの時計も遅れてしまいます。そのため、その遅れを計算で補正することで正しい位置情報を計算できるようになっています。もしこれを補正しないと、現在位置が何キロメートルも狂ってしまうほどの「時計の遅れ」です。もし相対性理論が無ければ、なぜこんなに位置がずれてしまうのかわからずにGPSは実用化されなかったでしょう。 実験というよりは実用例みたいになってしまいましたが、ご参考になりましたら幸いです。
お礼
本当にありがとうございます。とってもわかりやすいです。日食中の星のずれ観測ありましたね。忘れていました。質量のない空間だから万有引力関係ありませんね。光もまがってませんね。これはもう信じるしかありません。やっぱり、ぐにゃぐにゃなんですね。逆に光の中の三次元の世界にだまされていたのですね。ちょっと怖くなってしまいました。
- samneko
- ベストアンサー率50% (27/54)
どちらかというと原因と結果が逆だったりします。 今の相対性理論は「光が等速直線運動する」事を「前提」として作られています。 全く別の理論で、「光の速度が一定」という計算結果が出てしまい、皆が「これはおかしい」と首をひねっていたところ、アインシュタインが突然「光の速度が一定ってのをベースに運動理論を作り直してみたらこんなんできちゃったんだけど」って出したのが、相対性理論です。 当初は「んな馬鹿な」って言う反応だったんですが、いろいろ実験してみると、結果が全部相対性理論に一致してしまう。もしやこの理論は正しいのではないか・・・つまり、光はどんな場所でも等速直線運動をする、へんな現象なのではないか・・・と皆が気づき始め、そこから光がどんな状況でも等速直線運動をするということが「原理」になったわけです。 時空が曲がる云々の話も相対性理論の結果で、この曲がった時空の中を光は等速直線運動しています。ただし、時空が曲がってしまうので、遠くから見ると曲がったルートを通ったように見えてしまうのが「光が曲がる」の正体です。実際は光は曲がっていません。 以上参考になりましたら幸いです。
お礼
ありがとうございました。光の等速直線運動はだいぶ疑いがはれてきましたが、相対性理論の疑いがいまだはれません。 もしよろしければ、 ＞いろいろ実験してみると、結果が全部相対性理論に一致してしまう。もしやこの理論は正しいのではないか・・・つまり、光はどんな場所でも等速直線運動をする、へんな現象なのではないか・・・と皆が気づき始め この実験がどんなものだったのか教えていただけたら幸いです。
- tareo
- ベストアンサー率58% (7/12)
少し補足させてください。もしかすると記憶違いかもしれませんが、光というのは、２点間を結ぶ最短距離を進む性質があります。従って、平坦な空間であれば、誰が見ても等速直線運動なのですが、もし空間が重力によって曲がっている場合、その曲面上の２点間の最短距離を進みます。このときの光の軌跡をちょうど真上から見ると直線運動に見えるところが理解する上でみそかなと思います。また、光というのは原理的に光速でしか運動する事はできなかったと思います。マイケルソン＝モーリーの実験て言うのがありますのでそれを参考にしてください。 ＞これって加速させて光を作っていますよね。それなのに光はやっぱり等速なんですか。いかなる時でも？ この質問よくわからないのですが、この場合、光子が１個ではなく複数できるという回答でいいでしょうか？。つまり、最初パイ中間子などが持っていたエネルギーが、光になる過程で複数個の光子の方へ分配されたという事です。少し日本語が変な気がしますが、よろしいでしょうか？。
お礼
ありがとうございます。 だいぶ分かってきたような気がします。 等速直線運動への疑いはだいぶ晴れてきました。 しかしまだ幾分ですが、全ての疑いが晴れたわけではありません。 マイケルソン＝モーリーの実験はとても参考になりましたが、 物理的根拠は全くないまま、数学的な操作を用い辻褄合わせをしているとの見解もある様です。 教養がないので、アインシュタインのいっていることもでっち上げのような気がしてしょうがないのです。 例えば私はエスカレータを階段を上がるように上った場合、普通に階段を上るよりも遥かに疲れずにしかも早く到着します。これはやはり、エスカレーターの電気動力のおかげですよね。 光のボールが電車で移動しても、速度が変わらない、だから時空がゆがんでいる、、、。にわかには信じがたいです。 光だって重力の影響も受けることもあるんですよね。何か光を崇拝しすぎているような気がするんですけど。 光のボールを電車にのせても、電車のエネルギーが何ら光速に影響を与えないと言い切れなければ、時空はゆがまないですよね。もう時空がゆがむことを目で見たくなってきました。 すいません。教養がないので、再度教えていただけたら幸いです。
- sanori
- ベストアンサー率48% (5664/11798)
こんにちは。 光は基本的には等速運動ですが、回折はしますし、重力で曲がりますから、「直線」運動とは限りません。 また、ごく僅かではありますが、光は若干速かったり遅かったりする確率を持っています。（量子電磁力学） 物質の中を光が通過する際、光の速さは「見かけ上」遅くなります。 物質が光を見かけ上遅くする度合いを「屈折率」といいます。 ご参考になりましたら。
お礼
ありがとうございます。やっぱり基本的には等速運動ですか。 哲学カテで頭のいい人が ＞加速器でどんどん加速させてほぼ光速の陽子をベリリウムという ＞原子にぶつけます。 ＞するとパイ中間子という中身の一つが、やはりほぼ光速で ＞飛び出します。 ＞さて、このパイ中間子。とても不安定なのですぐ壊れちゃうんです。 ＞壊れた後何になるかというと、光に換わってしまいます。 ＞つまり、ほぼ光速の物質から光が飛び出すことになるんです。 ＞この光の速度を計ってみたら、やはり光速であったということです。 こんなこと言っていました。これって加速させて光を作っていますよね。それなのに光はやっぱり等速なんですか。いかなる時でも？
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
光が必ず等速直線運動で一定の速度だっていうのは本当なんですか？ 正解（相対性理論）であり不正解（人間が直接見える現象で考えると）です 光が重力で曲がることは確認されています （人間が地球から見ると曲がって見える） でも理論上は等速直線運動です 人間が見える時空がゆがで見えるのでそう見える （この辺は難しいので本買ってきて読んで下さい） が光は等速直線運動で進んでいます 強力な重力中（ブラックボールなど）では実際にどうなるかはまだ判ってない 相対性理論がここでも成立するかはまだ不明
お礼
ありがとうございます。相対性理論でよくいわれる電車の中での光のボールの話などは、何らかの力で光の速度に変化がある可能性はあるのですか？教養がない為、時空がゆがむことが未だしんじられず、何か時空のゆがみありきで話が進んでるようなきがしてしまうのです。
お礼
ありがとうございます。 ＞光速が一定なら、太陽の背後にある恒星の位置はずれて見えるというとんでもない結果が予測される。そこで日食の日に世界中の科学者・新聞社などが観察に出かけた。そして、予測どおりずれて見えた。それは光はいつも等速直線運動をする。＝時空がゆがんでしまう。ことの証明に他ならない。 この部分とてもわかりやすかったです。やっぱり、ぐにゃぐにゃですね。何かちょっと怖いです。