光速度不変原理の完全崩壊

アインシュタインが提唱した光速度不変原理を もう一度、考察したいと思います。
 観測者AがXY平面上の原点から、X軸に沿って速度vで移動するとします。その時、原点よりXY平面の全方向に光を照射します。
この時のミンコフスキー時空図を作ります。そして、それを上から見た状態を示します。

        


                図-1


   右の図を見てもわかるように光の輪は、観測者Aを中心とした円とはなっていません。
   光速度不変原理をAに適用すれば光の輪はAを中心とした輪にならなければならないのですが、光は一つですので このような状態が観察されます。
 Aと右方向の光の距離を測定すると(c-v)Δtとなり、左方向の距離は、(c+v)Δtとなり、Aに対する光速度はcではなくなるのです。
 こんな簡単な事柄で、光速度不変原理は否定されました。(考え方が間違っているのですかね?)
 Aの代わりに、運動系の原点を置き、同じ観察をすると静止系の右方向に進む光は(c-v)Δtで進み、左方向の光は、(c+v)Δtで進むように観察されるのです。
 では、運動系の原点から出した光は、静止系でどのように観測されるかを考察します。
 運動系を静止系として、ミンコフスキー図を書いてもわかりますが、X´Y´平面上の光の輪が時間とともに、平面と一緒に、右方向に動いているのです。この状態を上から観察すると、図-2のようになります。
 

        

            図-2
 静止系にいる観測者Bは、運動系の光の輪をこのような状態で見ているのです。
 静止系の観測者は、運動系の右方向に進む光は(c+v)Δtで進み、左方向の光は、(c-v)Δtで進むように観察するのです。
 運動系の光も、静止系で観測するとcではなく速度を考慮した速度(見かけの速度)になるのです。
 ここで再度、前ブログで行った静止系の光と運動系の光について考察します。
 静止系と運動系で光を照射し、その時の時間を静止系と運動系の両方で考察します。
 

      

                   図-3 
 速度vで移動する長さLの電車の後ろが地上のA点を通過したときに、同時に光を照射し、光時計を作動します。
 地上と電車の観測者は、それぞれ光が届いた光時計の時間と光時計の光がL進む時間を記録します。
 次に光の方向を逆にして、同じことを行います。この図は光の速度を見かけ速度にしています。前ブログでは、図のc-vとc+vがcになっています。
 この光の到達時間を表にまとめます。
               表-1

 前ブログで考察した光速度不変原理を用いた時の値を再度、表-2に示します。
               表―2

 表-1に示したように、静止系も運動系も、距離Lを光が移動する時間は、すべて
L/cの時間を観測します。 時間の遅れなどないのです。
 光速度不変の原理を用いた時(表-2)のように測定する時間がバラバラになるような矛盾も見られません。
 今回の考察は、ここまでとします。光速不変原理が違うということを皆様にお知らせすることを最優先にして、 今まで私が考えていた事を 次のブログでまとめようと思っています。

新双子のパラドックス 時間は遅れなかった

 時間の遅れについて、静止系と運動系で光を照射し、その時の時間を静止系と運動系の両方で考察をします。

      図-1
 このA,B点と電車の両端に長さLの光時計を設置します。
 速度vで移動する長さLの電車の後ろが地上のA点を通過したときに、同時に光を照射し、光時計を作動します。
 地上と電車の観測者は、それぞれ光が届いた光時計の時間と光時計の光がL進む時間を記録します。
 次に光の方向を逆にして、同じことを行います。
 この光の到達時間を表にまとめます。
               表-1

      

 同じ系の光の到達時間は、すべてL/cの時間を観測します。また、系が違う光時計の時間は、すべてL/√(c²-v²)の時間を観測します。
 しかし、系が違う光の時間は、方向により時間が違い、赤で示した時間は、時間の遅れではなく、時間の短縮が起きています。運動する時計が進んでいるのです。
 光を出す向きを片方反対方向にするとまるっきり同じ時間が観察されます。
 光が届いたらすぐに電車を止め、地上の観測者と光時計の時刻の確認を行いました。
 地上の観測者は、電車の時刻が遅れていると思い、電車の観測者は、地上の時刻が遅れていると思っています。これは、何を意味するのでしょうか?
 このように、両方の視点で考察すると運動する物体の時間の遅れなどないのです。

 双子のパラドックスは、有名な話ですが、それは、一方的な見方しかしていません。
 例えば、双子の兄弟の弟は宇宙ステーションCで働いて、兄は宇宙ステーションA,Bの輸送をしていて、超高速ロケットで移動していたとします。(図-2)
 

     

              図-2
 弟は、兄のロケットに乗るスケジュールが解っていたので、10年たって1歳若いと考えていました。
 一方、兄はCにある巨大な光時計を見ていたので、10年経って弟は1歳若いと考えていました。
 10年ぶりに二人が再会しました。両方ともに自分より1歳若いと考えているのです。果たしてどうなったのでしょうか?
 これが、新双子のパラドックスです。視点を一方だけから考えて、時間の遅れを考えていましたが、図-1のように双方向から観察すると時間の遅れは、ないのです。
 なぜ、このような現象が起きているのでしょうか?これは、前ブログでも書きましたが、電車を移動する光は、今まで測定されたことはないのです。(図-2)
 地上で測定できる光は縦方向の光しかありません。
 それを光速度不変原理で運動する系の光速度をcとしているからです。
 ローレンツ変換の式を導き出す最初のベースの式にL/(c-v)とL/(c+v)を使用してローレンツ変換は導き出されているのです。ローレンツ変換などないのです。

  

             図-2 
 地上から観察される運動系の光はどうなっているのでしょうか、電車の中のB点から等距離にあるA,C点に同時に出した光について考えてみます。          

  

         図-3
 今までは、地上からしか考えていないので、電車から見た状態を考察します。電車を静止系にするのです。
 電車を静止系にするとA,B,C点は動いていないのでX軸に垂直な世界線が書けます。
 この時、B点と同じ位置にいる地上の観測者Dは、速度vで左側に移動します。この状態をこの時空図に書くと紺色のD点の世界線が書けます。Dは時刻t₁で A₁とC₁に光が同時に到達したのを観察します。(図-4)

             図-4

 このときのD点と光は、下図に示すような状態になります。
         

            図-5
 図-5は光の移動とDの動きを上から見た状態です。Dは速度vで移動しているために光はD点を中心とした円にならずに右にvΔt移動した状態になります。
 では、この状態を静止系の時空図にします。

    

              図-6
 運動系の光の世界線は、静止系の光の世界線からvΔt右に移動して書いています。
 これが静止系で観測される運動系の光の世界線なのです。
  当然のことながら、Dは、時刻t₁で光がA,C点に同時に到達するのを観測します。 
 静止系で観測される光の見かけ速度は、c+vやc-vになるのです。
 この見かけの速度を用いると表-1の光の到達時間は、すべてL/cとなり、矛盾はなくなります。
 なぜ、速度がc+vやc-vになるかは、私の仮説ですが空間移動論です。
 これは前々ブログを参照してください。

運動系の光の世界線

 前ブログで、電車の光の特殊性を説明し、アインシュタインが提唱したミンコフスキー時空図の間違いを指摘しました。
 前ブログと重複しますが、電車の光について説明をします。
 移動する電車の中の光を観測すると図-1に示すように静止系の観測者は、電車にたいして垂直方向の光を観察します。
 

           図―1
 このなかでミンコフスキー時空図を新たに作りました。図ー2

        図ー2



 この中で、電車の中の光の移動線が傾いていますが、前ブログより 良い説明方法が見いだせたので紹介します。
 速度Vで移動する電車の進行方向に等間隔でA,B,C点を置き、B点よりA,C点に光を照射します。

      

           図-3
 この時、電車を静止系として、時空図を作ります。図-4

    

            図-4
 地上の観測者は、この状態を速度vで移動して観測するのです。地上の観測者からすると点の世界線も光の世界線も図-2に示したように傾いて観測されます。(光の世界線は赤線部分)
 これが、運動系の光の世界線が傾く理由です。
 アインシュタインが使用している世界線は静止系を移動する点に使用される世界線なのです。(前ブログを参照してください。)
  B点と光の距離は常にctの距離を保っています。これが地上の光の境界線では保てなくなるのです。