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光速度不変の原理
GW中暇なので、相対性理論について考えています。 その中の、光速度不変の原理がぴんときません。 光だけが誰から見ても秒速30万キロの速度を持つというのは、 まあ良しとして、じゃあ光から見た光はどうなるのでしょうか？
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前にも指摘したのですが、相対性理論の「暗黙」仮定の1つに「慣性系間の速度は 光速より小さい」があります（ローレンツ変換の導出ができない）。 この仮定は述べずに、ローレンツ変換やそれを使った結論から「光速以上はない」 との結論ばかりが記述されています。 高名な書籍にもこの仮定は述べられていないので、ほとんどの人が誤解している ようです。 さらに、速度の合成則では光速も計算することができるので「光速+光速=光速」 などの結論を出していますが、「相対性理論に矛盾はない」と考えるべきで そもそもはこの式に光速は代入できないのです。 すなわち、光速の慣性系を考えること相対性理論の範囲外となります。 光速度不変の原理だけに基づくなら、相対速度が光速度の慣性系間は因果律の範囲外 となり、いかなる物理現象もとどかず相互作用しません。 「どうにもならない」といえます。
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- chiha2525
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簡単な考え方で。 相対性理論の面白いところは、周りがどうであっても自分は変わらないというところ（当たり前なのですが）です。もし光速の９９％の速度で飛んでいるロケットがあって、自分からそのロケットを見ると時間の進み方がゆっくりになってるなーなどとなっているのですが、ロケットからこっちを見ている人には自分たちがゆっくりになっている、ロケットの人たちから自分たちがゆっくりになっていても自分はゆっくりになっていない。当たり前のことですね。 光の速さで飛んでいるというのは、いいかえれば周りが光の速さで動いていると思えばよいと思います。先ほどのロケットの速度が、光速の９９％ではなく１００％の状態ですね。ロケットが光速の１００％の速度で飛んでも自分たちは変わりないでしょ。自分以外の宇宙すべてが光速の１００％で飛んでも、やはり変わりないと考えられるわけです。自分の周りがすべて光速の１００％で動いているというのは、自分が光速で動いているということです。 ところで、光速といっているのは、真空中の光速度なのですが、媒体中の光の速度は若干おそくなります。つまり水中や空中では、その媒体中の光より速く進むことが出来ます。空気中で空気中の光の速度より速く飛ぶことができれば、自分の姿は鏡に映らないんじゃないかと思います。（本当かな？）
- buturikyou
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標準理論では光から光は出ません！ グルーオンからグルーオンが出ますけど、私は自身のユニバーサルフロンティア理論によって存在を疑問視しているから何でもございません・・。特殊相対性理論には光速度を持つ慣性系は存在しませんから「光から見た光」なる実体は考慮されておりませんｗ）
- tetsumyi
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光その物には時間も距離もありません。 言い換えると光は時間がゼロですから、他の光と比較したり速度を比較することは不可能です。 光は一次元の現象ですが、私たちの三次元時空から見ると秒速30万キロの速度として観測できるだけです。
アインシュタインが特殊相対性理論を作る前、そのヒントになったと言われている、彼の疑問がそれです。 「鏡に映った自分を眺めながら光速度まで加速したら、鏡に映る自分は見えるのだろうか？」 そういう疑問です。定性的には答えるのは難しそうな感じもします。しかし、たとえ光速の99.9999…(有限でありさえすれば幾つ9があってもOK)…9％まで加速しても、やはり光は同じ光速度（毎秒30万km）であることが特殊相対性理論の基礎となります。 その極限状況として光速度に到達したとしても、やはり光は同じ光速度であるべきです。 そう考えないと、光と光（あるいは電磁波と電磁波）の干渉などの相互作用を考えるうえで、不都合なことが起きそうです。光は電場と磁場が振動しながら進む波ですが、たとえばある光に対して平行に走る電磁波が、その場で静止して振動していると解釈すると、その電磁波が起こす各種現象（アンテナでの受信とかいろいろ）について、光の立場からは特別な解釈や数式を必要とするでしょう。 そう考えていけないわけではないですが、そう考える必然性も今のところはありません。必要でないことを考えないのは、怠惰なのではなく、物理学を無用に複雑にしないための基本です（「もし～だったら」は無数にあるので、全て考え尽くすのは無理）。
- Nebusoku3
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光速の乗り物で光を見た場合は ずっとその光を見続けることになると思います。 何故なら見えると言うことは光軸が自分に完全に一致しているからです。 では光速の乗り物から光を発したら普通に考えるとその光は30万キロの速度があるから外から見ると倍の60万キロの速度に見えると思います。 しかし、乗っている人には光をとめたとたんに見えなくなる。これは相対性原理をまったく無視した意見ですね。
- Tacosan
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光から見れば距離は 0, 時間も 0. 0 s×30万 km/s = 0 km という式が成り立つという意味では「光から見ても光の速度は 30万 km/s」といえる.
お礼
みなさまたくさんの回答ありがとうございました! 相対性理論は光速度不変の原理に固執するあまり、 ひっこみきかなくて作っちゃった理論てわけではないんですよね？笑 文系なので理解できてないとこが多々ありますが、もうちょっと考えてみます。