アインシュタインが提唱した「光速度不変原理」
この原理を応用し、導かれた「ローレンツ変換・特殊相対性理論」
これらの「ローレンツ変換・特殊相対性理論」は、アインシュタインの錯覚と詭弁から創られた虚偽の理論です。
アインシュタインの考え方・理論構築は、1905年の論文「運動物体の電気力学」＊1）と著書「特殊および一般相対性理論について」＊2）で述べられています。
このブログでは、論文・著書に記載されている理論構築時の矛盾について詳述し、ローレンツ変換・運動物体の時間の遅れ収縮など存在しないことを説明します。
併せて、アインシュタインが提唱した光速度不変原理と２種類の運動系について考察します。
アインシュタインは、論文で一定の距離Ｌを光が移動する時間を時間の単位とし、時計の同期を活用し、理論の構築をしているので 最初に、時計の同期について説明します。
【時計の同期】
静止系で距離Ｌ離れた地点ＡとＢに時刻合わせをした時計を置きます。
今、時刻ｔ₀でＡよりＢに向かって光を照射し、光が時刻t₂でＢに到達し、反射され、時刻t₂にＡ戻ったとします。
この時の光の移動時間は、
t₁－t₀＝Ｌ／Ｃ
t₂－t₁＝Ｌ／Ｃ
となります。
t₁－t₀＝t₂－t₁
が成立するとき、時計は同期しているとしています。
時計が同期しているとき、必ず
１／２(t₀＋t₂)＝t₁ ‥‥‥ （1）
が成り立ち、時計が同期できないときは、(１)式は成り立ちません。
この式は、アインシュタインの理論構築で非常に重要な役割を持っているので記憶にとどめておいてください。
【同時性の否定】
アインシュタインは、論文の中で時計の同期の手法を使って系間の同時性の否定を行っています。
静止系を速度Ｖで移動する長さＬの棒の両端に時刻合わせをした時計を置き、棒と共に移動する観測者を棒の両端に起きます。
図－１
時刻ｔ₀でＡからＢに光を照射し、時刻ｔ₁でＢに光が到達し、鏡で反射され、時刻ｔ₂でＡに光が戻ったとします。
この時、静止系に光速度不変原理を適用すると棒と共に移動する観測者は、
ｔ₁－ｔ₀＝Ｌ／（Ｃ－Ｖ）
ｔ₂－ｔ₁＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）
の時間を観測するとしています。
そしてアインシュタインは、棒と共に移動する観測者Ａ・Ｂは、二つの時計が同期していないのを観測し、一方、静止系の観測者は、時計が同期しているのを観測するとし、系間の同時性を否定しています。
著書の中で 直進運動する棒(剛体)に固着した座標系は、ガリレイ座標系とみなしています。
棒の周りは静止系であり、運動系の場ともなっています。
静止系を移動する観測者Ａ・Ｂ（運動系）は、静止系の光では、上述の時間を観測し、時計の同期ができないことを観測します。
【座標変換】
論文の中でアインシュタインは、運動系ｋで起こった出来事の場所と時刻を指定する値ε，η，ζ，τに対して、静止系Ｋを指定する値ｘ,ｙ,ｚ,ｔとを関係づける連立方程式を求め、座標変換をしようとしています。
ｘ´＝ｘ－Ｖｔと置き、時刻τ₀にｋ系の原点からＸ軸に沿って放出された光線がｘ´に向かい、時刻τ₁にｘ´で反射されて原点に向かい、時刻τ₂に原点に戻ったとします。
この状態は、静止系を移動する長さｘ´の棒の一端を原点に起き、棒の両端に観測者と時計を置くと時計の同期をしていることと同じ操作をしていることになります。運動系に棒と観測者・時計を置いて考察してみましょう。
図－２
アインシュタインは、論文の中で光速度不変原理を静止系に適用し、考察を行っています。この時の運動系の観測者が観測する時間を見てみましょう。
運動系の観測者Ａ・Ｂは、同時性の時と同じ
τ₁－τ₀＝Ｌ／（Ｃ－Ｖ）
τ₂－τ₁＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）
の時間を観測します。
また、静止系の観測者も
ｔ₁－ｔ₀＝Ｌ／（Ｃ－Ｖ）
ｔ₂－ｔ₁＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）
を観測します。
ここで、アインシュタインは、
１／２（τ₀＋τ₂）＝τ₁‥（１）式がなりたたなければならないとして 関数τの（1）式に、引数を入れ、
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）
を求めています。
そして、この(２)式を展開し、ローレンツ因子を求めています。
ここで(１)式が成り立つためには、運動系で時計が同期することを意味するので観測者ＡＢは、運動系の光では、時計が同期するのを観測していることになります。
一方光速度不変原理を静止系に適用した光では、観測者ＡＢは、時計が同期できないことを観測しているのです。
運動系の観測者は、同時に、時計の同期ができる状態と時計の同期ができない状態を観測することになり、矛盾が生じていたのです。
この矛盾のまま、(２)式を展開し、ローレンツ因子を算出しています。
同じ運動系の人間が、運動系の光と静止系に光速度不変原理を適用した光では、違う時間を観測しているのです。
すでにこの時点で 時間の遅れは作られていたのです。
(２)式の展開以降は、この時間の遅れからローレンツ因子・変換を導き出しているにすぎないのです。
では、なぜ、アインシュタインの考え方が間違ったのかを考察してみましょう。
運動系には、２つの種類があるのです。
このことに、アインシュタインも当時の物理学者の皆さんも着目していなかったのです。
その２種類について説明します。
地球の光を静止系で観測すると光の軌跡を観測しているのです。
皆さんが理解しやすいように、空気ではなく水中を移動する光で考察してみましょう。
図－３
地球に、長さＬの水槽を置き、片方の端から光を照射します。
この時、地球の速度をⅤとし、静止系で観測する状態を見てみましょう。
図－４
静止系の観測者は、ピンクの光の軌跡を観測します。
この軌跡の速度は、決してＣとはならないことは、皆さんお判りになると思います。
これが、空気に代わっても同じです。地球の観測者は、光りが、Ｌ移動する時間
ｔ＝Ｌ／Ｃｗ
を観測し、空気では、
ｔ＝Ｌ／Ｃa
を観測します。
次に、大気を持たない小惑星について考えてみましょう。
速度Ⅴで移動する小惑星に、長さＬの棒を固定し、棒の端から光を照射します。
図－５
棒の周りには、大気がないので静止系の空間を移動していることになります。
連星の光などと同じように、棒から出た光は、静止系をＣで伝搬すると考えられます。
この時、光がＬ移動する時間を棒の観測者と静止系の観測者について見てみましょう。
図－６
この状態は、時計の同期の図－１と同じ状態になります。
棒の観測者は、光りが、Ｌ移動する時間
τ＝Ｌ／(Ｃ－Ｖ)
を観測し、静止系の観測者も
ｔ＝Ｌ／(Ｃ－Ｖ)
を観測します。
アインシュタインが行ったことは、図－６の状態に、図－４の大気が系と共に移動する地球の事象を持ってきたのです。
大気が移動する地球と大気のない真空中を移動する小惑星では、その系での光の挙動が違い、静止系で観測した時も挙動が違うということを認識していなかったと考えられます。
マイケルソン・モーリの実験結果が出たときに、図－６の事しか考えていなかった物理学者は、ローレンツのように、運動する物体が収縮するなどの考え方をし、整合性を取ろうとしたのではないでしょうか？
このことを認識するとアインシュタインが行った座標変換で(１)式が成り立たねばならないとし、この式に引数を入れることの間違いが良く分かると思います。
このように、特殊相対性理論の根幹となる部分の認識不足により、特殊相対性理論が生まれたのです。
運動物体の時間の遅れや収縮など存在しないのです。
【光速度不変原理】
光速度不変原理は、論文の中で連星の動きなどから真空中の光速度が、一定であることおよび地球での光速度の測定結果などから考えられた事柄です。
今までの考察で判るように、地球での光の移動は、静止系で観測すると光の軌跡を観測し、決してⅭなどには、ならないのです。
また、小惑星など大気を持たない小惑星で光速度を測定すると（Ｃ－Ⅴ）や（Ⅽ＋Ⅴ）が観測されると推測されます。
光速度不変原理は、媒質中の光速度は、一定であるに書き換えなければなりません。
これを実証するには、小惑星や系内を移動する物体上での光速度測定などが必要と思われます。
【参考文献】
1） １９０５年の論文「運動物体の電気力学」(アインシュタイン論文選 「奇跡の年」の５論文 青木薫 訳 ちくま学芸文庫)
2） 「特殊および一般相対性理論について」アルバート・アインシュタイン著
金子務訳 白揚社
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