終焉した「特殊相対性理論」

2019/04/20 15:05

（「特殊相対性理論の矛盾」に関しては、新たな知見を加え、非常にわかりやすく最新版のブログ『２０世紀最大の物理学者の過ち』（2019/08/03）https://yoko3210go.muragon.com/entry/68.htmlにまとめてあります。
　なぜ、「波動方程式は、ガリレイ変換で、不変でないのか。」（ドップラー効果で、振動数と移動速度が変化している。）など、矛盾の本質を突いたまとめを行っています。
　上記ブログを読んでいただければ、よく理解いただけると考えておりますので、このブログよりも先に、上記ブログを読んでいただいたほうが、矛盾が明確になると考えられます。）

　「光速度不変原理」は、「特殊相対性理論」に於いて、根幹となる重要な考え方です。
　「特殊相対性理論」の考え方は、アインシュタインの論文「運動物体の電気力学」（１９０５年）から始まっています。
　この中で、光を使った「時間の定義」・「長さの定義」や「ガリレイ座標間の同時性の否定」の思考実験、及び、ローレンツ変換のベースとなる「ローレンツ因子」の算出のための思考実験などを行っています。
　アインシュタインの思考実験を精査すると、光速度不変原理に於いて考えられていた移動する座標系の光速度がＣとはならず、移動する系の光速度は、Ｃ±Ｖとなることが判明し、また、観測する光速度がＣの時、一般の物理現象でも矛盾がある事が判りました。
　ここでは、これらのことを説明します。
　アインシュタインは、移動する系のＸ軸上に、光を移動させ、静止系で観測される光の軌跡の移動距離から時間を算出し、ローレンツ因子を求めています。
　この方法を応用し、光の状態が把握しやすいように、静止系で光を移動させ、移動する観測者が、観測する光について考察します。（アインシュタインの方法は、簡単ですが、最後に内容を記載しています。）
　静止系のＹ₀系のＸ₀軸上の原点より光を照射し、照射と同時に、Ｙ₁系を速度Ｖで移動させ、距離Ｌ離れたｘ′に、光が到達したときの状態を考察します。
この時、Ｙ₀軸と原点から距離Ｌ／４離れた位置に発光体を固定します。　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　図－１
　図－１は、光がｘ′に届いた状態を示したものです。青色の矢印は、発光体の軌跡を示し、黄色の矢印は、移動する光の軌跡を示し、赤色の線は、静止系の光を示しています。
最初に、発光体の軌跡について考察します。発光体は、静止系で移動していないにもかかわらず、Ｙ₁系で、距離ＶΔｔを持った軌跡として観測します。
　移動していないのに、光が移動したかのように、軌跡が見えるということは、この軌跡が、虚像の光（？）である事が判ります。
　Ｙ₀軸上の発光体が、ある瞬間一度だけ光れば、その時、Ｙ₁系の相対的な位置をＬ／４とすると、移動後もＹ₁系のＬ／４で発光体が光ったように観測します。
　実際の人間が、このような状況下で、発光体を観測すると、移動速度が遅いときは、視角を変えて観測するので、軌跡は見えないかもしれませんが、移動速度を早くすると、発光体の残像で、このような軌跡を見ることができます。
　次に、静止系を移動する光について、考察します。
　静止系Ｙ₀の観測者は、Ｙ₀軸から左側に、光の存在を確認することは、できません。
　Ｙ₀軸より左側の光の軌跡も虚像の光である事が判ります。
　Ｙ₀軸から左側の軌跡の発生の現象は、発光体の軌跡の現象と同じような原理で発生すると考えられます。
　軌跡の光をもう少し詳しく考察するために、経時変化の軌跡を見てみましょう。

　　　　　　　　　　　　　　　　図－２
　軌跡は、Ｙ₀軸を境として、軌跡の生成（発生）速度が違う事が判ります。
　軸から左側は、系の移動速度と同じ速度で生成し、移動速度が変わると、距離も変わります。
　軸から右側の軌跡は、常に、光速度Ｃの生成速度を持ち、移動速度が変化してもこの軌跡を生成する速度と移動距離は、変わりません。
　この関係より、軌跡の長さ（距離）をＤとして、Ｄを算出してみましょう。
　　Ｄ＝ＣΔｔ＋ＶΔｔ＝（Ｃ＋Ｖ）Δｔ
となり、軌跡の速度Ｕは、
　　Ｕ＝Ｄ／Δｔ＝（Ｃ＋Ｖ）
となり、光も普通の物理法則と同じように、軌跡の速度は、移動速度との合成速度になる事が判ります。
　移動時間は、
　　Ｄ／Δｔ＝（Ｃ＋Ｖ）　　Ｄ＝Ｌ＋ＶΔｔ
　　Δｔ＝Ｌ／Ｃ
となり、時間は、静止系の移動時間と同じ時間を観測します。
　ここで、物理学者の皆さんは、物質は、光速度を超えられないという考えを持つ方がいるかと思います。
　この光速度を超えないというのは、光速度不変原理から生まれた速度則から得られた結論で、光速度不変原理を否定する結論が得られているので、問題にはならず、　また、軌跡は、虚像なので、「光速度を超えない」の議論にはならないと思います。
　軌跡に注目していましたが、光がｘ′に到達する時間は、Ｙ₀系での光路長が判っているので、Ｙ₁系に座標変換し、その長さを光速度で割ればわかります。
　座標変換しても距離はＬ（ＣΔｔ）ですから、Ｙ₀系とＹ₁系では、同じ時間を観測する事が分かります。
　軌跡から調べても、光路長から調べても、時間の不一致など見いだせないのです。
　両方の系で、時間の遅れもなく、同時性も維持しているのです。
　以上のことより、「光速度不変原理を静止系に適用」（他の系の光の軌跡の速度をＣとして観測する。）の矛盾が明確になりました。
　アインシュタインの考え方では、軌跡を光その物として扱っています。軌跡は、光そのものでは、ないという概念がなかったため、合成速度など考えなかったために、同時性がないことや時間の遅れの結論に至ったのです。
　次に、ｘ′から原点に光が移動するときの時間Ｌ／Ｃ・３Ｌ／２Ｃと２Ｌ／Ｃの状態のを同時に見てみましょう。　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　図－３
　時間Ｌ／Ｃの時、Ｙ₀系のｘ′に対応したＹ₁系の位置は、Ｙ₁系の原点から、３Ｌ／２離れた位置になります。Ｙ₁系で観測される軌跡は、この位置が出発点（？）になります。
　静止系の光は、ｘ′点から原点までを移動しますから、Ｌの距離を移動しますが、Ｙ₁系では、３Ｌ／２の位置が、Ｖの速度で左に移動するため、本来の軌跡が、圧縮されるようになり、３Ｌ／２より右側にあった軌跡が、消失（？）するような状態になります。
　この消失速度は、ＶΔｔとなります。
　この時の軌跡の距離をＤ₁とすると、
　　Ｄ₁=Ｌ－ＶΔｔ＝ＣΔｔ－ＶΔｔ＝（Ｃ－Ｖ）Δｔ
となります。軌跡の速度は、
　　Ｄ₁／Δｔ＝（Ｃ－Ｖ）
となり、ここでも、軌跡の速度は、移動速度の影響を受ける事が判ります。
　また、この時も、光の移動距離がＬなので、これを座標変換しても、Ｌとなり、Ｙ₁系で観測される光の移動時間は、
　　Δｔ＝Ｌ／Ｃ
となり、時間の遅れもなく、同時性もある事が判ります。
　Ｙ₀系が移動した場合も同じことが観察されますが、確認のために、移動の状態図を示します。　　　　

　　　　　　　　　　　　　　図－４
　考察内容は、上述と同じなので、省略します。
　皆さんで考えてください。

　以上のことより、運動系の光の軌跡の速度は、静止系で、Ｃ±Ｖで観測され、一般の物理現象と同じことである事が判りました。
　また、光の移動時間は、両方の系で、Ｌ／Ｃとして観測され、時間の遅れがなく、同時性も維持される事が判りました。
　この事柄から派生して、二つの重要な事柄が判りました。
　一つは、ローレンツ因子算出の思考実験において、τの式に引数として代入した時間　Ｌ／（Ｃ±Ｖ）が、間違った考察から、得られた値であり、ローレンツ因子は、虚構の数値であり、ローレンツ変換は、虚構の変換である事が判ります。
　また、ミンコフスキー時空図も虚構の時空図となり、特殊相対論（？）の見直しが必要になります。
　もう一つは、波動方程式は、ガリレイ変換で不変ではありませんが、速度Ｖで移動する系の光速度は、静止した系で、Ｃ±Ｖで観測され、数学的に考えられていた現象とは、違う結果が得られています。波動方程式のガリレイ変換に関する見直しが必要と考えられます。

　光速度不変原理の考え方は、1905年に出されたアインシュタインの論文「運動物体の電気力学」で、最初に出されています。
　この中で、光と長さによる時間単位を決め、同時性の否定や、ローレンツ因子の算出、ローレンツ変換などを、打ち出しています。
　100年以上にわたり、この理論が、容認されているには、何かわけがあるよう様に考えられるので、そのことについてみてみましょう。

　アインシュタインの論文(アインシュタインの論文選「奇跡の年」の５論文　青木薫訳　ちくま学芸文庫）の「運動物体の電気力学」（ｐ261～263）または、（「アインシュタイン　相対性理論」の「動いている物体の電気力学」ｐ24～27））において、運動系Ｋ系で起こった出来事を静止系ｋの変数に、変換しています。
　運動系Ｋで起こった出来事の場所と時刻を完全に指定する、ε，η，ζ，τの値に対し、静止系ｋでの値ｘ,ｙ,ｚ,ｔを関係づける連立方程式を求めようとしています。　
　モデル実験として運動系のＸ´軸に沿って時刻ｔ₀、τ₀´で光を照射させ、時刻τ₁´にｘ´で反射され、時刻τ₂´で運動系の原点に戻る状態をｘ´＝ｘ－ｖｔとおき、静止系の変数（ｘ´，ｙ，ｚ，ｔ）を使い、算出しようとしています。
　ここで、アインシュタインは、静止系に「光速度不変原理」を適用しています。
　光速度不変原理を適用することにより、運動系の軌跡をそのまま静止系の光にすることになってしまったのです。
　この条件下では、私もそうですが、物理学者の皆さんは、図－５・６のように、軌跡など考えずに、一つの光で移動状態の考察をしたと考えられます。　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　図－５
　ここで、原点とｘ´の距離をＬとし、静止系と運動系の時計の時刻合わせをします。
時刻ｔ₀・τ₀で　運動系の原点から光を照射し、速度Ｖで運動系の移動を開始します。
　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　図－６
　光が原点に戻った時の状態図は、図－６のようになります。
　時刻ｔ₁・τ₁で光がｘ’に到達し、反射されて原点に向かい、時刻ｔ₂・τ₂で光が原点に戻ったとします。
　この状態で、移動時間を算出すると、
　　Δｔ₁＝ｔ₁－ｔ₀＝Ｌ／（Ｃ－Ｖ）
　　Δｔ₂＝ｔ₂－ｔ₁＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）
となります。
　物理学者の皆さんは、図の状態は、波動方程式が、ガリレイ変換で不変でないことと、マイケルソン・モーリーの実験結果とも一致するので、観測する時間に、疑問を抱かなかったと思われます。
　しかし、観察項目を増やし、運動系の原点の移動状態を観測すると、この時間では、運動系の原点の移動が、おかしなことになるのです。
　運動系の原点とｘ’点を光が数往復したとします。この時、原点からｘ’の光の移動距離Ｌを一単位にし、Ｌが増えたとき、Ｌに対する各系の時間と観測される原点の移動距離をみると、静止系の時間と原点の移動距離がおかしなことになるのです。
　この時、計算される時間と移動距離を表－１にまとめます。
　　　　　　　　　表－１光の移動距離と原点の移動距離　　　

　ＶとＬに数値を代入し、光の移動距離に対する各系の移動距離を図式化します。
　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　図－６
　運動系で観測される原点の移動距離は、直線になるのに対して、静止系で観測される移動距離は、ギザギザな線となります。
　静止系で観測する原点の移動状態が、運動系の直線の傾きと違った直線になるならば、時間の遅れなどの理由付けができますが、ギザギザの線になるということは、観測結果が違うことが考えられ、他の系の軌跡の速度に、光速度不変原理を適用したために起こった現象と考えらえます。
　アインシュタインは、表に示した静止系の観測者が観測する時間を使用し、原点を出た光がｘ´（Ｌ）に、到着する時間をx´／（ｃ－ｖ）　　（x´　＝Ｌ）
ｘ´で反射された光が原点に戻る時間をx´／（ｃ＋ｖ）
として（１）式にこの数値を引数として使用して（２）式を立てています。

　　　１／２(τ₀´＋τ₂´)＝τ₁´　　　　　　　　　　　　　　‥‥‥‥‥‥‥‥（１）

　　　１／２［τ（０,０,０,ｔ）＋（τ（０,０,０,｛ｔ＋x´／（ｃ－ｖ）＋
　　　x´／（ｃ＋ｖ）｝）］＝τ［（x´，０,０,ｔ＋x´／（ｃ－ｖ）］　‥‥‥（２）

　そして、（２）式を展開して、
　　　Ζ＝φ（Ｖ）β（ｘ－ｖｔ）
　　　β＝１／√｛１－（ｖ／ｃ）²｝
を算出しています。

　このように、考察で間違った時間を使用して出されたローレンツ因子を使用したローレンツ変換は、虚構の理論なのです。

　系間の観測される時間は、同じ時間を観測します。
　系間での同時性は、維持されます。
　ローレンツ因子は間違った考察から出された数式で、ローレンツ変換など存在しないのです。
　誤った光の考察から考えられた、ミンコフスキー時空図など存在しないのです。
　特殊相対性理論は、架空の理論なのです。
　波動方程式が、ガリレイ変換で不変でなくても、物理法則は、維持されるのです。（系ごとの個別の波動方程式があるのです。）

　私は、物理学者ではないので、私ができることは、このブログの内容を多くの物理学者の皆さんに見ていただき、その結果として「特殊相対性理論の矛盾」が、訂正されることを願っているだけです。
　私と同じように「特殊相対性理論」に矛盾を感じた方は、多くのご学友やご同僚とこのブログの内容について議論していただき、より多くの物理学者の皆さんに、この矛盾
を認知していただきたいと願っています。
　大変ですが、理論の再構築をしてください。

　皆様のご意見・質問・反論等をお待ちしております。