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真空中の光速度
真空中の光速度は、どこで測定しているのですか?
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#2です。補足承りました。 >光の波長が屈折率分の一になってしまうじゃありませんか・・、という話なのです! はい、それを踏まえて回答したつもりだったんですが、言葉足らずだったようで申し訳ありません。 >人類は一体どこで「真空中の光速度」なるものを測定したのでしょうか? 先にご紹介したリンク先にあるように、宇宙空間を通ってくる、惑星の太陽の反射光やら、遠い恒星の光やらを使って測定してたりはしてたんですね。それらの星と地球との距離を考えれば、地球の大気圏など薄い薄いもので、無視できるわけですから。 しかし、そういう宇宙空間を通ってくる光の測定の誤差と、装置自体は精密にできても空気の屈折率による影響で変わってしまう影響と、天秤にかけて、「どう頑張っても天体観測での精度の限界が低い。仕方がないから空気の屈折率による誤差を甘んじて受け入れても、空気中で精密機器で光速度を測定しよう。そのほうが真空中の光速度に近い値が出る」と判断されて、今に至る、というわけです。
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#2です。#2への補足、承りました。 >「十分な高度真空中で実験したらクリプトン86の電磁スペクトルの波長は完全な真空中と同じなるのだろうか?」 充分良い近似値が得られるでしょうね。ただ、空気の屈折率の影響を充分除去できるほどの観測技術がどうなのかについては、私ではよく分かりません。 宇宙空間では場所にもよりますが、最も真空度が高い場所で1立方センチメートル当たり、一つの水素原子であろうと言われています。 地球上で通常のポンプで作る真空では、1立方センチメートル当たり、数百万の空気分子があります。 真空度を上げざるを得ない素粒子実験に使う加速器では、特殊なポンプを使用していて、最も真空度の高い宇宙空間にかなり近いそうです(どれくらいかは聞きそびれました、済みません)。 荷電粒子を長距離で加速するわけですから、それくらいの真空度でないと、途中で障害物としての分子や原子に衝突してしまって、衝突させたいターゲットの素粒子に当たらなくなり、実験にならないとのことです。 その加速器の中で発生する光の速度も測定されていますが、現行の定義を変えるほど、あるいはその差を知り得るほどではないそうです。 >ところが1メートルを定義してしまえば光速度そのものじゃなくて、罪はメートル原器が被ることになるのですよね そういう見解もありでしょうけど、私個人としては、メートル原器も頑張ってくれて大いに役に立ってくれたけど、温度による長さの変化があり、物質(金属)であるが故に劣化もあり、そして光速度の測定と原子時計が充分正確と見做されたために、その座を明け渡した、と考えます。 ですので、1メートルの定義については、誰にも罪はない、単に前よりはいつでも正確なものに変わっていっただけ、と思っています。 >今回のニュートリノの超光速問題ですけど、あの結果は「メートル原器に反省を求めている」で良いのでしょうか? 報道されているように、たとえ光より速いニュートリノが本当にあるとしても、それが光速度に影響するわけではないでしょうね。 相対論は光速度が絶対、と思われることが多いのですが、実は「誰から見ても一定になってしまう、ある不思議な速度があり、それがすべての基準である」と言うほうが正確です。その不思議な速度を持つのが、たまたま光だったというわけです。 もちろん、光速度が実はその不思議な速度ではなく、今回発見された光より速いかもしれないニュートリノの速度こそが、その不思議な速度である可能性は排除するつもりはありません。ただ、その可能性は低いだろうと思います。なぜなら、20世紀初頭から光で研究されていて、その光の速さがいつでもだれから見ても不変であるという観測事実は覆せないからです。 余談ですが、超光速が期待されているニュートリノについては、下記#1で私の感想を書いておりますので、よろしければご参考までに。 http://okwave.jp/qa/q7039891.html
#2です。茶化しから入って、ウィキペディアの紹介だけでは、申し訳なかったです。 こちらをご覧いただいてもいいかもと思いました。キッズサイエンティストですけど、子供だましではないです。 http://kids.kek.jp/feedback/feedback02.html#01 そこには明示的に書いてないですけど、実験方法の状況から読み取れることは、天体観測など真空を伝わってくる光を使ったり、紆余曲折して結局、空気中で測定してるんですね。「空気なんぞ大した影響はない。もう、それでいいじゃないか」と。 で、結局は周波数と波長で測って光速度を決めたわけです。上記ページには、波長の誤差について、波長が短ければよいというようなことしか書いてないですが、その実際の測定は以下のようなものです。 http://www.aichi-c.ed.jp/contents/rika/koutou/buturi/bu1/momo/momo.htm これ、もう学生が実験するようなものだということを示してますね。なぜなら、そのトップページは、 http://www.aichi-c.ed.jp/contents/rika/ ですんで、現在は高校生でもできる話だということです。 最早、誰がどこで測ったか、というような話ではありません。たくさんの人が世界中あちこちで測って、皆がそれを持ち寄って公の会議で決めちゃったわけです。 つまり、現在は光速度の測定は研究レベルではなくなってしまっているんです。これは、いろいろな要因があります。 一つは、これ以上の精密さを求める意義が見いだせなくなっていること。 今一つは、光速度をもっと正確に計測するには、時間、たとえば1秒というものが精密に分かっていなければなりませんが、現在最も精密とされ国際標準に採用されているセシウム原子時計を以てしても、これ(光速度測定の正確さ)以上は無理なのです。 さらには、今ここで「定義」という話が出ているように、「実際の光速度はもういいじゃないか。何か物理の本質にかかわるわけじゃなし。それより物理定数として決めてしまって、それを他の物理量(1メートルの定義とか)の定義に使おうよ」という流れになってしまったのです。 1メートルは、今は「定義」された光速度をもとに「定義」されていますが、以前はメートル原器でしたね。これは、1メートルが地球の円周を元に定義されて、それが測定されて作られましたが、後になって地球の円周の測定が精密になり、元の定義から計算したらメートル原器と異なってしまいました。 でどうしたかと言うと、「元の定義は捨てちゃって、メートル原器が正しいことにしよう」ということになりました。 本当の真空中の光速度も、今「定義」されている値とは誤差があるかもしれません(いや、当然あるでしょう)。でも、もう誰も気にしていない。誤差があったところで問題は生じないし、より精密に測ったところで特に役に立つわけでもない。そういう状況なわけです。
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No.1の回答への補足で ≻定義としても「国際度量衡会議において1メートルを再定義した」というのが真相でしょ? ≻いつ、どこで測定されたか知ってますか? ≻そうじゃないと話が循環するばかりじゃないでしょうか? とありますが。 doc_sundayさんは「既に測定はしていません。」と回答しています。 質問は「真空中の光速度は、どこで測定しているのですか? 」です、回答は「現在は計っていません」です。 質問文の通り回答しています、回答が気に入らないとしても逆切れしないでください。
補足
こっちが聞いているのは「測定した場所」のことなんだよ、そして「真空の光速度」というのは屈折率から逆算している話なのかな、とか、そんな話がしたいわけ・・・。
えっと、「光速度 測定」でググると、いっぱい測定サイト出てきますよ。ネット使うのに、光回線は速いんですけど、その分、高いですからね。私はADSLで下り3Mbpsあれば充分です。上りはほとんど使わないし。 閑話休題。ウィキペディアでは、 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%80%9F#.E5.85.89.E9.80.9F.E5.BA.A6.E3.81.AE.E6.B8.AC.E5.AE.9A と解説してますね。さらにご興味がおありなら、そこの参考文献「物理定数とは何か」という本(ブルーバックスです)を、お読みになってもいいかもしれません。 さらに、その下にあるように真空の透磁率と誘電率から求めることもできます。
補足
歴史的には1973年の測定(クリプトン86が真空中で発する電磁スペクトル元とした値)を採用して、それが非対称だったもので9桁までの精度しか見込めず、それで端数をはしょって現在のc=299,792,458m/sを「むしろメートルの定義に用いた」のが1983年の国際度量衡会議だったそうです。そのことを「クリプトンランプを用いた場合の再現性の悪さ」という向きもあるようです。 この話の場合気になるのは「十分な高度真空中で実験したらクリプトン86の電磁スペクトルの波長は完全な真空中と同じなるのだろうか?」ということです。 また、クリプトンそのものの使用も問題視なしとは言いません。 ところが1メートルを定義してしまえば光速度そのものじゃなくて、罪はメートル原器が被ることになるのですよね、で、今回のニュートリノの超光速問題ですけど、あの結果は「メートル原器に反省を求めている」で良いのでしょうか?
既に測定はしていません。 真空中の光速度は299,792,458m/sと「定義」されています。
補足
それでも「真空中」という条件、それに「宇宙空間は1cm^3あたり原子1個ぐらいの密度」という現実がありますから、定義としても「国際度量衡会議において1メートルを再定義した」というのが真相でしょ? この根拠になった数値としての「真空中の光速度」は、いつ、どこで測定されたか知ってますか? そうじゃないと話が循環するばかりじゃないでしょうか?
補足
ええ、ですから「空気中で測定しても結果が同じ」だったら文句は言いませんよ、だけど、c=fλ(もしくはνλ)を使って計算するわけですよね、そうしたら屈折率が有限な空間で測定したら光の波長が屈折率分の一になってしまうじゃありませんか・・、という話なのです! 人類は一体どこで「真空中の光速度」なるものを測定したのでしょうか?