相対性理論の光速度について

質問

相対性理論の「光速度不変」とか「光速度一定」とかの「速度」って、
（Ａ）「何に対する」
（Ｂ）「いつの」
速度なのでしょうか？

例えば、電子から光子が放出されたとすると、
「光子を放出する直前の電子に対する」「電子からの光子放出時点の」速度？
「光子を放出した直後の電子に対する」「電子からの光子放出時点の」速度？
「光子を受ける受光部に対する」「電子からの光子放出時点の」速度？
「光子を受ける受光部に対する」「受光部への光子の受光時点の」速度？
のようなことで、よくわかりません。

知っている方がおられたら、教えていただけると、ありがたいです。

よろしく、お願いします。

回答No.6

doc_somday

おはようございます、ご回答有り難うございました。あなたの「問題点」がかなり分かって来ました。
あなたは「光」特に「光子」は電磁エネルギ－を媒介する事が出来るから、「核子における」
「グルーオン」みたいなものだと「誤解」していますが、
「光子」はその辺に転がって居る普通の素粒子でしかない。
慣性系では「観測者」が「加速度運動場」にいなければどうやって測ろうとも速度Ｃでしか存在し得ないし、
安定でどこかにぶつからなければ永遠に壊れない、波長が非常に短いと「対生成」を起こして粒子と「反粒子」を産むが、無視して良い、だってそんな短波長の光子は加速器の中か、星が死んだ時の絶叫の中
にしか無いから。
だから「全ての慣性系の観測者」に等価なので「何に対する」は「不必要」、「光子？ああ299792458m/s
の奴ね」それでおしまい、どこで出て来たかこれからどこかへ行くのかは「どうでも良い」なお
光子はエネルギ－はあるが質量は無い、ヒッグス粒子と作用出来ないからだ、そして光速でしか
存在出来ない。

次、インフレーション下のお話、この時「時空」が爆発的に伸びるので、時空に縛られている光子の速度は
何が何だか分からなくなる。だがこの時もし時空に貼り付いた「観測者」が居たら(物理的には、どう考えたって居る訳無いけど)観測者は時空が「伸びる」のに気付かない、時空には「外部が無い」がもし「仮想的な
観測者が、時空の外に居たら時間も長さも爆発的に伸びることを見るだろう」、「時空は全エネルギーを
保ったままだから(外部)の観測者から見れば「火の玉だ」だ、普通インフレーション理論の説明は説明は
この「絶対居無い外部の観測者」の視点でなされる、「晴れ上がり」もそうだ、だが本来はおかしい、
その観測者は「居ない」、だが数学的に「造る」ことは出来る、この不条理な観測者から見ると時空が
拡大しているして居るから光速は大きくならねばならない、なぜなら光は時空から逃れられないからだ。
だから「普通の本」に描いてあるインフレーションの説明は「不条理極まる」これを「現在の時空」に
当てはめることは「絶対に避けねばならない」なぜならこの「不条理な観測者」と「時空内の観測者」
とは「絶対に相容れない」からだ。
なお、宇宙の終わりまでは「内部の観測者の立場で」、外部の「観測者」は「あ、また一つくたばった」
と思うだけだ。

お仕事を歪めることはなさそうですね、数物系の研究者には「命がかかっているから」「異様な意見」
は命を賭けて「潰さねばならない」が、あなたは好奇心だけのようだ、だが「整然とし、整合性のある
見解」を持たないと、趣味もつまらない。

だから私は専門は化学だが数物系にも頭を突っ込み時々数学屋さんを翻弄して楽しみます。

お礼

ありがとうございます。

＞慣性系では「観測者」が「加速度運動場」にいなければどうやって測ろうとも速度Ｃでしか存在し得ない
＞だから「全ての慣性系の観測者」に等価なので「何に対する」は「不必要」、「光子？ああ299792458m/sの奴ね」それでおしまい、どこで出て来たかこれからどこかへ行くのかは「どうでも良い」
　　　↑
ありがとうございます。

＞この時「時空」が爆発的に伸びるので、時空に縛られている光子の速度は何が何だか分からなくなる。
＞だがこの時もし時空に貼り付いた「観測者」が居たら(物理的には、どう考えたって居る訳無いけど)観測者は時空が「伸びる」のに気付かない、時空には「外部が無い」がもし「仮想的な観測者が、時空の外に居たら時間も長さも爆発的に伸びることを見るだろう」、
＞・・・説明はこの「絶対居無い外部の観測者」の視点でなされる、「晴れ上がり」もそうだ、だが本来はおかしい、
＞その観測者は「居ない」、だが数学的に「造る」ことは出来る、この不条理な観測者から見ると時空が拡大しているして居るから光速は大きくならねばならない、なぜなら光は時空から逃れられないからだ。
　　　↑
ありがとうございます。

＞お仕事を歪めることはなさそうですね、数物系の研究者には「命がかかっているから」「異様な意見」は命を賭けて「潰さねばならない」
　　　↑
「事態を歪める」の意味が理解できました。ありがとうございます。

ありがとうございます。

回答No.5

chiha2525

光の速度は光源の速度によらない。
で回答になるでしょうか。

Ｂの意図が不明ですが、いつでもです。

光の速度が代表例として一般的に出てきますが、それだけではなく、この世には情報伝達の最高速度が存在しており光もその速度で伝わっている、ということです。なので重力（重力波）も同じ速度で伝わっていると考えられていますし、理想的な剛体（それはなくとも、例えば中性子星など）を伝わる力なども同様と考えられています。（逆に光速度を超える情報伝達手段があると、相対性理論に修正が必要になります）

お礼

ありがとうございます。

＞光の速度は光源の速度によらない。
＞・・・いつでもです。

ということは、
光の速度は、「光子を受ける受光部（測定器）」（のみ？）による。
　　　↓
＝「光の速度」の「速度」とは、「光子を受ける受光部に対する速度」。
　　　↓
＝例えば、電子から光子が放出された現象について考えると、
「光の速度」の「速度」とは、「光子が電子から放出されて受光部に到達するまでの間に、電子に位置の変化や速度の変化があった」としても、「受光部に位置の変化や速度の変化がない」のであれば、「受光部に対する速度」。
ということなのでしょうか？

また、「光子が電子から放出された後、光子が受光部に到達するまでの間に、受光部に位置の変化や速度の変化があった」場合には、「光の速度」の「速度」とは、「何に対する速度」ということになるのでしょうか？

意味不明な変なことを言っていたら、すみません。

回答は、めんどうくさかったり、説明が難しかったり、手間がかかるようでしたら、不要です（時間と労力を費やしていただくのが申し訳ありませんし、また、回答していただいた内容を私が理解できない虞もありますので）。

ありがとうございます。

回答No.4

doc_somday

どうも非常に分けの分からない話になっているようです、が私の勝手な意見を申します。
意見であって知識ではありません。
知識なら大学の相対論の先生に聞いて下さい。

（Ａ）「何に対する」:これは特殊相対論ですが、一般相対論を持ち込まないと疑問の山になってしまうので、
あえて「素人」の意見を申します。
「慣性系」から観測すると、『全ての観測者』に対する、になり。
重力や加速度系に居る観察者から見るとバラバラで全く成り立ちませんが、重力の大きさ、加速度系がしっかり定義されていると「速度は」を求めることが出来ます。ただし慣性系の観測者が見るｃを超えることは出来ません。
アインシュタインが重力に苦悶した挙げ句、重力と加速度は同一だとして「一般相対論」を築いたのは「科学者」としては、「ごく当たり前」でしかも「素晴しい」が、分けの分からぬモノになった、様な気がします。

（Ｂ）「いつの」:ビッグバンから宇宙の終わりまで、いつでも。
なお、インフレーション中には「時空自体が」拡大しており、光は時空に縛られるので「意味」が良く理解出来ない。現在でも宇宙ははごく普通に膨張して居るだけでは無く、時空的にも膨張して居るらしいので「光速度不変は」あまり良い「近似」ではないと思います。ブラックエネルギーが何をして居るのか、分かるのは百年先かも。

なぜか光が励起された電子から放射される事にこだわっておられますが、それはあなた様のお仕事関係ですか？さもなければ、事態を「歪める」恐れがあります。

お礼

ありがとうございます。

＞（Ａ）「何に対する」:これは特殊相対論ですが、一般相対論を持ち込まないと疑問の山になってしまう
＞「慣性系」から観測すると、『全ての観測者』に対する、になり。
＞重力や加速度系に居る観察者から見るとバラバラで全く成り立ちません
＞重力の大きさ、加速度系がしっかり定義されていると「速度は」を求めることが出来ます。

「重力や加速度系に居る観察者から見るとバラバラで全く成り立ちません」というのは、何がバラバラで、何が成り立たないのでしょうか？
「重力や加速度系に居る観察者から見ると、『何に対する』ということが意味を持たない」ということでしょうか？

また、「重力の大きさ、加速度系がしっかり定義されていると「速度は」を求めることが出来ます」の「速度」は、「何に対する速度」ということになるなのでしょうか、又は、『何に対する』ということが意味を持たないとすると、「どのような速度」ということになるのでしょうか？

＞（Ｂ）「いつの」:ビッグバンから宇宙の終わりまで、いつでも。
＞なお、インフレーション中には「時空自体が」拡大しており、光は時空に縛られるので「意味」が良く理解出来ない。現在でも宇宙ははごく普通に膨張して居るだけでは無く、時空的にも膨張して居るらしいので「光速度不変は」あまり良い「近似」ではないと思います。

「インフレーション中には・・・ので「意味」が良く理解出来ない」というのは、何の意味が理解出来ないということでしょうか？
「インフレーション中には・・・ので『いつの』ということが意味を持たない」ということでしょうか？

＞なぜか光が励起された電子から放射される事にこだわっておられますが、それはあなた様のお仕事関係ですか？さもなければ、事態を「歪める」恐れがあります。

「光が電子から放射される事」にこだわっているわけではないのですが・・・？
「光が電子から放射される」としないのでないのであれば、光は、どこから発生するとすればよいのでしょうか？
光は、クオークから放射？、ニュートリノから放射？、光から放射？、電磁場から放射？、重力場から放射？、真空から放射？、時空間から放射？
「電子は、光を放射すると、運動量保存の法則に従って速度が変化する（？）」というようなことを聞いているので、より現実的な現象ではないかなと考えて、また、より適切な回答をいただけるのではないかと考えて、「光が電子から放射される」場合を例とさせていただきました。この例は、相対性理論を説明するうえで、意味不明な例なのかも知れません（私は、そのようなことさえ、わからない程度の者です）。

「それはあなた様のお仕事関係ですか？さもなければ、事態を「歪める」恐れがあります」というのは、どういうことでしょうか？
「仕事関係であるか否かによって、事態が歪まなかったり歪んだりする」というようなことは、ないと思いますが・・・？
また、「事態」とは、何のことでしょうか？

回答は、していただかなくても結構です（当然、していただいても結構です）。

ありがとうございます。

回答No.3

noname#215107

No.2です。

＞この場合オシロのトリガーは光センサ２を基準にします。（でないと光センサ１でトリガがかかって測定停止してしまいます。）

すみません、これは間違いでした

正しくは光センサ１をトリガーにしないといけませんでした。まだ眠いので頭が働いていませんでした。

お礼

ありがとうございます。

補足

ありがとうございます。

＞光がある１点を通過する時の速度で良い・・・しかし、・・・実際に測定する方法は、できるだけ近い２点間を通過する時間から求める・・・
＞・・・LED・・・光センサ１と光センサ２・・・光センサ１と光センサ２が時間差で反応しますので、・・・その到着時間の差が分かると思います。
　　　↑
　数学的には、ある１点で考えればよいが、実際には、２点（できるだけ近い２点）を考える必要がある、ということですね。
　そして、光の速度を測定するのは「光センサ１と光センサ２」なのだから、「「光センサ１と光センサ２」に入射した光の」「「光センサ１と光センサ２」に対する」速度（例えば、電子から光子が放出された現象について考えると、「受光部に入射した光の」「受光部に対する」速度）、ということですね。
　よく考えると、そうですよね（違う意味に捉えていたら、すみません）。ありがとうございます。

＞相対論的効果を試したい場合は・・・
　　　↑
　相対論的効果を試す場合は、「光センサ１と光センサ２」が動いるか否か、また、「ＬＥＤ」が動いているか否か、さらには・・・といた状況で、「光センサ１と光センサ２」によって光の速度（光センサ１と光センサ２の反応時間の時間差）を測定することになる、ということですね。

ありがとうございます。

回答No.2

noname#215107

光がある１点を通過する時の速度で良いと思います。

しかし、ご質問の例は「測定方法」について書かれているので、
実際に測定する方法は、できるだけ近い２点間を通過する時間から求めるのが一般的です。

ご家庭にあるもの等で、手軽に光速度を測定することが出来ますので試してみてください
。
２ｃｈのオシロスコープ(２０MHｚ以下の安いものでOKです）と、簡単な電子工作を組み合わせれば、光速度の測定ができます。

装置の構成は以下の通りです。
懐中電灯ㅤ光センサ１ㅤㅤ・・・１メートルくらいの距離を空ける・・・ㅤㅤㅤ光センサ２

光センサはフォトダイオードやフォトトランジスタを使えばよいでしょう。
懐中電灯は立ち上がりのシャープなLED式がいいでしょう。
光センサ１と光センサ２には、受光したらパルスなどを発生させるようにしておき、それぞれにオシロのプローブを繋いでおきます。オシロスコープはシングルトリガモードにして待機させます。この場合オシロのトリガーは光センサ２を基準にします。（でないと光センサ１でトリガがかかって測定停止してしまいます。）
懐中電灯をONにした時に、光センサ１と光センサ２が時間差で反応しますので、オシロスコープの画面を見ると、その到着時間の差が分かると思います。

相対論的効果を試したい場合は、上記の測定セットを宇宙船につんだりする必要がありますので、家庭では難しいかもしれませんが、不可能ではないですよね？

お礼

ありがとうございます。

回答No.1

中村 拓男（@tknakamuri）

光の速さとは測定器が静止している
慣性系での速さ。もちろんその測定系で測った速さが
その慣性系での光速。

まあ、一番最後のが近い。

ただ、現実にはー点で光速を測った例は
ないでしようね。離れた2点間の速度しか
測れないです。

お礼

ありがとうございます。

＞光の速さとは測定器が静止している慣性系での速さ。もちろんその測定系で測った速さがその慣性系での光速。
＞まあ、一番最後のが近い。

ということは、
例えば、電子から光子が放出された現象について考えると、
「光の速度」の「速度」とは、「光子を受ける受光部（測定器）の存在している環境が”静止している慣性系”である（光子が電子から放出されて受光部に到達するまでの間、”静止している慣性系”であり続けている？）」のであれば、「受光部に対する速度」である、
ということなのでしょうか？
意味不明な変なことを言っていたら、すみません。

回答は、めんどうくさかったり、説明が難しかったり、手間がかかるようでしたら、不要です（時間と労力を費やしていただくのが申し訳ありませんし、また、回答していただいた内容を私が理解できない虞もありますので）。

ありがとうございます。