光の速度は同じ

質問

自転方向に進む光の速度と自転方向とは逆に進む光の速度が同じって当たり前じゃないですか？だって観測者は事実上静止した状態で計測しているわけですから、自転関係なしに同じ速度で計測されるのは当たり前じゃないですか？
なぜ、学者はこの事実におどろいたんですか？

回答No.5

kagakusuki · ベストアンサー

>自転関係なしに同じ速度で計測されるのは当たり前じゃないですか？
>なぜ、学者はこの事実におどろいたんですか？

　「自転方向に進む光の速度」と「自転方向とは逆に進む光の速度」を比べたのではなく、「地球の公転方向に対して平行な方向に置かれた『決められた距離だけ離れた2点間』を光が往復するのに要する時間」と「地球の公転方向に対して垂直な方向に置かれた『決められた距離』だけ離れた2点間を光が往復するのに要する時間」を比べた際に、往復時間に差が見つからなかったため驚いたのです。
　地球の公転速度は平均して約29.78km/sであり、 これは光速(299792.458km/s)の約10000分の1にもなります。
　今仮に、光速の値をc[m/s]とおき、距離A[m]だけ離れた2点間を光が往復する場合を考えてみます。
　2点が地球の公転方向に対して垂直な方向に置かれている場合は光の速度に地球の公転速度が加算されたり差引されたりする事はありませんから、2点間を光が往復するのに要する時間は

往復時間＝A/c×2＝2A/c

になります。
　そして、地球の公転速度は約0.0001cなのですから、もしも光の速度に地球の公転速度が加算されたり差引されたりするのであれば、地球の公転方向に対して平行な方向に置かれた2点間を光が往復するのに要する時間は

往復時間＝「地球の公転方向と同じ向きに進む場合に要する時間」＋「地球の公転方向とは逆の向きに進む場合に要する時間」
＝A/(c＋0.0001c)＋A/(c－0.0001c)
＝A{(c＋0.0001c)＋(c－0.0001c)}/{(c＋0.0001c)(c－0.0001c)}
＝2Ac/(c^2－0.00000001c^2)
＝2Ac/(0.99999999c^2)
≒2.00000002A/c

になる筈ですから、地球の公転方向に平行な方向の方が約1億分の1だけ往復時間が長くなる筈です。
　可視光線の波は1秒間に400兆回以上も振動を繰り返していますから、地球の公転方向に対して平行な方向に往復した光と垂直な方向に往復した光のそれぞれを、往復しなかった元々の光とを干渉させて、現れた光の縞模様(干渉縞)の位置を調べれば、光の速度が地球の公転速度の影響を受けているのかいないのかを判定するのに十分な精度が得られます。
　そして実験をしてみた処、地球の公転方向に対して垂直な方向の場合と平行な方向の場合のそれぞれの干渉縞の位置の差は、何度やっても地球の公転速度の影響があるとした場合の数分の1程度にしかなりませんでした。
　これが測定誤差によるものだとしますと、誤差によって測定結果が大きくなってしまう事もある筈ですが、毎回小さくなるという事は、光の速度は地球の公転速度の影響を受けていないと考えられる訳です。

【参考URL】
　マイケルソン・モーリーの実験 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%B1%E3%83%AB%E3%82%BD%E3%83%B3%E3%83%BB%E3%83%A2%E3%83%BC%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%81%AE%E5%AE%9F%E9%A8%93

回答No.4

中村 拓男（@tknakamuri）

>学者はこの事実におどろいたんですか？

これなんの実験の話ですか？

マイケルソン・モーレーの実験は地球の自転速度なんて遅い速度は
対象外なのですが、最近の実験ですか？

回答No.3

ORUKA1951

あなたの言われていることは、その通りですが・・実はその前提があるのです。
光の性質を調べると、波としての性質を持つことが分かってきました。干渉・回折・屈折と波としての性質を現していますし、電磁波の一種であることも知られてきました。
　波だったら、「速度が同じって当たり前じゃないですか？」にはならないのです。海の波はサーフィンをする時に向かって泳ぐときとそうでないときはサーファーにとって異なる速度です。救急車のサイレンだって向かってくるときと遠ざかるときは音程が変わる。
　なぜなら、媒質と観察者の相対速度が・・・。媒質が宇宙空間に固定されていても、地表とと同じ速度で動いていても矛盾する観察結果が・・

　アインシュタインは自伝で、「鏡を持って走ったとき、もし光の速度が変わると速いと光が鏡に届かない」というのは、おかしいのじゃないかと・・・

回答No.2

watch-lot

自転ではなくて、例えば時速４０ｋｍで走行中の車から、時速140kmのスピードボールを投げるとします。
車から離れた人から観測すれば、走行方向に投げればそのポールは時速180km、逆方向に投げれば時速100kmとして見えますよね（空気抵抗などは考えない）。
車からの相対速度は140kmと同じでも、そとから離れて見れば100kmと180kmで異なるということです。

ですが、光の場合はこの理屈ではなく、相対速度も外部からの観測速度も同じということで、あらゆるものは光速を超えることはできないというのがアインシュタインの理論です。

回答No.1

FEX2053

光の速度が一定・・・というのは、一般相対性理論から導かれる
「結果」であって、理論の骨子じゃないです。ですので、それ自体
は驚く点でもなんでもありません。

重要なことは「時空間のゆがみ」という概念を導入したことなんです。

このことを本気で理解できれば、いかにその発想が凄いことかが
分かりますし、同時に「特異点について説明しきれてない」という
欠点も理解できて、その後の理論物理の展開が分かります。

お礼

当時の実験は地上の静止した状態で観測したはずです。それでどの方向の光も同じ速度だったと言うのは何の不思議もありません。実験で分かったのはそれだけです。それしか分からなかった当時の人達は何に驚いたんでしょうか？