光の速度についての疑問

質問

皆さんあけましておめでとうございます。物理の授業を真面目に受けていた方達には阿呆らしい質問かも知れませんが、
お正月の酒のツマミにでも御回答頂ければ幸いです。宜しくお願い致します。

光より速い素粒子を観測した可能性や、ヒッグス粒子を発見出来る可能性が高まっているとして賑わっている昨今ですが、ふと下らない疑問が沸きました。

光って遮る物質や事象が無ければ常に移動だか伝播する物と考えて良いですか？それを前提に質問します。

光速は約30万キロ毎秒との事ですが、仮に人類が光速を出せる方法を得たとします。
よく相対性理論の説明で電車の中で光を照射して中と外から観測する話がありますが、
光速で移動する物体の進行方向側に前照灯、照明でもレーザーでも良いのですがこれを着けて照射した場合、この新たに照射された光の速度はどの様な結果を観測出来るでしょうか？
定点や物体との等速(前方から物体を見る・物体から前方を見る・並走する等)等の観測の条件によっても変わりますか？
私の単純な頭では、物体の速度(光速)+照射された光の速度で倍になりそうに思うのですが、
現状の相対性理論上では光速より速い事は無い様なので、新たに照射された光は確認出来ないのでしょうか？

お馬鹿な私に是非ともご教示下さい。

回答No.10

s_hyama

たぶんガリレイの相対性原理のように、速度を足し算で計算しようとしているのが間違いです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%83%AA%E3%83%AC%E3%82%A4%E5%A4%89%E6%8F%9B

宇宙の物質は、慣性系で静止していても移動していても光速度に変化しています。
これは光波も同じ物質波なので重力慣性力によって光速度未満で伝播します。
真空中の光波の速さは、v=√(c^2-2GM/r)
光子は初速でトップスピードになるため、光の空間の速度から媒質特性のトップスピードで伝播します。
普通空間に光波を落とすって言う言い方をします。
落とされた光子は、その空間の媒質特性（物質や重力慣性力）のトップスピードで伝播するだけ
ひゃまの光の空間力より

お礼

折角快くご回答頂いたのに事情によりずっと放置のままになっていて申し訳ありません。
そして残念な事に今以て頭を捻っております。
更には空間に浮かぶ筈のブラックホール模型が何故渦潮状なのかも疑問に感じています。
ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。

回答No.9

fxq11011

＞物体の速度(光速)+照射された光の速度
話は違うが、超音速飛行機のマッハの壁を思い出します。
飛行機先端の音が前に進むのに飛行機が追いつく・・・と言う説明がありました、すでに物体の速度＋光ならぬ音の速度とはなっていませんでした、音に質量がないから、物体の速度の影響を受けません。
光は波長云々から電磁波とすると、音と同じですね、ただし光子とも言われることもありますね、どんな質量をもっているのでしょうか、あなたの考えでは光は物質であり、質量があるという前提です、となれば空中の一か所にとどまり、他所からは見えない光が存在することになります（停止している光）。

お礼

折角快くご回答頂いたのに事情によりずっと放置のままになっていて申し訳ありません。
そして残念な事に今以て頭を捻っております。
更には空間に浮かぶ筈のブラックホール模型が何故渦潮状なのかも疑問に感じています。
ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。

回答No.8

noname#175206

聞くところによると、特殊相対論の重要な原理「光速度不変の原理」にたどり着く前のアインシュタインも「光速度まで速くなった自分が光をみたらどうなるか？」と考えて見たそうです。

　結果から申し上げますと、いくら光速度に近づこうとも、慣性系であれば、やはり光は光速度であることに違いはありません。もし、光速度の99％で移動する慣性系で光の速さが通常の1％になるようだったら、特殊相対論は実験事実や観測事実と合わず、誰も採用しないでしょう。
　その極限として、こちらからしたら光速度で慣性移動する人がいたとして、その人から見た光は、やはり光速度とするのが自然なのだと思われます。

　こちらから見て、光速度で移動している人の時間は止まっています。また、進行方向について長さも0まで縮んでいます（これは、特殊相対論でも採用する、ニュートン力学のガリレイ変換式に代わるローレンツ変換式で、示されます）。

　時間の止まった人がどうやって光を発射するかは（どうしようもないので^^;）さておくとして、こちらから見て光速度で移動する人が、その進行方向に放った光は、やはりこちらから見て光速度ですから、光速度で移動する人と共に光速度で進んでいきます。光は光ですから、そうなります。

　もちろん、光速度で移動している本人からしたら、自分が発した光は、発した向きに光速度で進んで行きます。

　これは、こちらからしたら、光速度の人の時間が止まっているから、そういう説明でいいんですね。光速度の人は、こちらからしたら時間が止まっています。光がその人から離れて行く距離も0、その人での経過時間も0ということで、一種の0÷0みたいな状況ですので。

お礼

折角快くご回答頂いたのに事情によりずっと放置のままになっていて申し訳ありません。
そして残念な事に今以て頭を捻っております。
更には空間に浮かぶ筈のブラックホール模型が何故渦潮状なのかも疑問に感じています。
ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。

回答No.7

kawasemi60

光が移動する空間と物質が移動する空間が
同一の空間と考える事から空間の長さ変化
と時間の変動が数式で導き出されると思う。
物質空間から見た時に光速度に方向性が無い
のだからそもそも同一空間の現象とするの
に無理が在る。光空間の現象として扱えば
空間と時間の変動を避けられると思う。
光が徐々に早くなるのではなく一気に光速
を持つ点で物質とは速度の性質が大分異なる。
どちらが基本かといえば一気に変化する方
でしょうね。物質速度が変化すると言うのも
単に我々がそういう数量的計算結果の世界を
測定している訳です。物質と光は異なる座標系
を基本的に持つ。と考えたらいかがでしょうか？

まぁ学問的では有りませんが楽しめます。

お礼

折角快くご回答頂いたのに事情によりずっと放置のままになっていて申し訳ありません。
そして残念な事に今以て頭を捻っております。
更には空間に浮かぶ筈のブラックホール模型が何故渦潮状なのかも疑問に感じています。
ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。

回答No.6

burahuman

本当に不思議な話で中々理解できませんが内容は次のようらしいです。

1、【真空中の光速は観測者からみて何時如何なる時でも30万km/sである】と言う事を強引に納得して頂いて。
仮に30万kmの長さの宇宙船が29万km/sで等速直線運動をしている場合レーザーの発射装置を最後尾に持っていき前方に向けて発射すれば最前部に到着するにはピッタリ1秒かかる、宇宙船が止まっている場合でもピッタリ1秒、宇宙船が逆方向に飛んでいてもピッタリ1秒かかると言う意味です。
更にこの現象を外部の静止している系で観測した場合でもその系の時計で測れば全く同じ1秒です。
では宇宙船の速度の分はどうしたのかと言う疑問が湧きますがこれは外部の観測者から見た宇宙船内の時間の進み方がゆっくりになると事と同時に宇宙船から外部の観測者を見るとやはり同じように時間が遅れて進むように観測されやはり【真空中の光速は観測者から見て何時如何なる時でも30万km/sである】と言う原理が成り立ちます。
また
2、【慣性系では全ての物理法則は同じである】と言う事も忘れてはなりませんが慣性系とは加速度が無い状態ですから十分加速をした後29.99999万km/sで飛んでいても10万km/sでも静止していてもこれらには何の違いも見られませんし乗員も外の景色が見えなければ違いを観測する方法は有りません。
【慣性系では全ての物理法則は同じである】

この1と2が特殊相対性理論の最重要部分なのです。

お礼

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回答No.5

ATAOMO

ならないんじゃないだろうか（汗
前面に照射した光は、相対的に説明すると競走馬の目の前に吊り下げた人参ですね。
外側からの観測では、目の前に置いた鏡に後方から豆電球を照射していて、反射された
光が後方へ流れている一面です。

＞お馬鹿な私に是非ともご教示下さい。
能ある鷹は爪を隠すとされ、随分回答者をテスターにしていますね。

お礼

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回答No.4

tetsumyi

たぶんですが、光が常に移動だか伝播する物と考えることは間違いだと考えています。
数式上では空間の特性から移動すると言う仮定と結果は同じになりますが。
光の速度より遅い速度で運動する物は見ることができます。
光の速度以上の速度になると見ることも観測することもできません。
ですから飛んでいる途中の光を、今ここにあると観測する手段はありません。
何かの物体に作用した時にはじめで光が来たと観測できます。
もし人類が光速を出せる方法を得たとすると、その時消えます。
そこで光を出しだしたとしても見ることもできないですし観測する方法もなく、見える宇宙から消えていることになります。
次元を超えたと言えばわかるかな？
もしかしたら、２度と戻ることはできないかも？

お礼

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ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。

回答No.3

中村 拓男（@tknakamuri）

光の速度は誰が計っても同じというのが
特殊相対論の不思議なところですが、
ローレンツ変換を学べば納得できると思います。

啓蒙書とかで解説されている時間が伸びて、空間が縮む、
という程度の知識では到底納得できないはずなので、
是非、ローレンツ変換と時空図の描き方を
学ぶことをお勧めします。

お礼

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ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。

回答No.2

雪中庵（@psytex）

相対性理論の「相対」とは、時間や空間、運動の相対性の
事です。
「光速で飛ぶロケット」が光速なのは、それを観察する
外の人にとってであり、ロケットに乗っている人にとって
「光速で運動する」のは、外の人間の方です。
その結果、ロケットに乗っている人にとって、自分から
発する光は光速で伝わり（ただし前後の空間が縮まる
ので“早く”届くが）、外の人にとっては、ロケットの中の
時間が止まって、発射した光と一緒に運動するのです。

基本的に、相対性理論を正しく理解せずに、日常的な
絶対時空の常識をそのままに、相対論的現象を理解
しようとするのは無理です。
たとえば、宇宙空間で、互いに相対的に運動している
ロケットがあれば、「互いに相手の時間が遅れる」のです。
この宇宙は、互いの相対運動ごとに違った時空を
連続的に派生させる多重宇宙なのです。

お礼

折角快くご回答頂いたのに事情によりずっと放置のままになっていて申し訳ありません。
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更には空間に浮かぶ筈のブラックホール模型が何故渦潮状なのかも疑問に感じています。
ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。

回答No.1

DJ-Potato

そこがまさに相対性理論のミソなのです。日本酒に合うミソかはわかりませんが。

宇宙船をいきなり光速で飛ばすと説明しにくいので、とりあえず光速の半分で飛ばします。

光速の半分で飛ぶ宇宙船の中からレーザーを前に照射します。
傍から見ると、光は光速で、宇宙船は光速の半分で進むので、１年後にはレーザー光は１光年、宇宙船は0.5光年進みます。
その距離の差は、0.5光年になりますね。
すると、宇宙船の中から見ると、光が１年で0.5光年しか進まない、ということになります。
光が0.5光年しか飛ばないんだから、経った時間は半年なんじゃないか、ということになります。

これが、高速で移動すると時間がゆっくり進む、というヤツです。

さらに、光速の3/4の速度で飛ぶ宇宙船の場合
１年後に1/4光年しか離れないので、時間は３か月になります。

さらにさらに、光速で飛ぶ宇宙船に乗ると、
１年後に光はまだレーザーの所にあるので、時間は経っていないことになります。

ということは、光速の倍の速度で飛ぶ宇宙船では、
１年後には光はレーザーの後ろ１光年にあるので、時間は１年巻き戻ったことになります。

これが、光速を超えるとタイムマシン、というヤツです。

実際には、光速を超える宇宙船はできない、と考えるのが正しいのですが、光速を固定すると、距離か時間かどっちかが歪むことになる、というのが相対性理論ミソです。
噛み砕いた表現なので、厳密性を欠くかもしれませんが、酒肴としてはこんな感じです。

お礼

折角快くご回答頂いたのに事情によりずっと放置のままになっていて申し訳ありません。
そして残念な事に今以て頭を捻っております。
更には空間に浮かぶ筈のブラックホール模型が何故渦潮状なのかも疑問に感じています。
ご回答ありがとうございました。失礼ながら皆様同文でのお礼とさせて頂きます。