現代物理学の「黒歴史」それは、アインシュタインが提唱した「光速度不変原理」とその考え方で導き出された「特殊相対性理論」です。
光速度不変原理は、連星や星などの動きなどと地球での観測結果と光の波動方程式が、ガリレイ変換で不変でないことなどから推察されたものと思われます。
この「光速度不変原理」は、1905年にアインシュタインが、論文「運動物体の電気力学」の中で「互いに等速度運動をするすべての観測者からみて、光源の運動によらず真空中の光速度は常に一定の値をとる」という原理を提唱し、「特殊相対性理論の基本原理」としています。
しかし、この光速度不変原理は、完全な検証が行われたわけではありません。
(系間の光の相対速度の検証がされていません。)
そして、アインシュタインは、光速度不変原理を静止系に適用し、系間の同時性を否定しています。
これは、当時行われたマイケルソン・モーリーの実験結果や地球での光速度測定結果を無視した考え方なのです。
これについて考察をしてみましょう。
マイケルソン・モーリーの実験結果は、地球上でどの方向の光速度も一定の値をとるということです。そして、当時の地球の光速度の測定結果より、地球では、どの方向の光速度もC(厳密には、空気中の光速度なのでCā)なのです。
図-1
図では、地球の代わりに、電車を代用しましたが、地球上で長さL(χ’)の棒の端から光を照射し、もう一端に届く時間は、
Δt₁=L/C
となり、反射されて元に戻る時間も
Δt₂=L/C
となることを意味します。
地球の棒と同じ速度で宇宙空間を移動する棒の観測者が、地球の棒の光を観測したら 地球と同じ光速度Cを観測し、棒の移動時間Δt₁=Δt₂=L/Cを観測します。
そして、宇宙空間(静止系)の光速度も連星や星の動きから Cと考えることができます。
地球も宇宙空間も光速度はⅭなのです。
エーテル理論的な考え方をすると図-2に示すように、地球は、エーテル風の影響を受け、光速度の測定結果は、相対速度Ⅽ±Ⅴになります。
図-2
当然のことながら、エーテル理論では、棒と共に移動する観測者が、地球の光を見ても、宇宙空間の光を見ても光速度は、Ⅽ±Ⅴの速度を観測し、光が、棒を移動する時間は、
Δt₁=L/(C-Ⅴ)
Δt₂=L/(C+Ⅴ)
を観測します。
光速度不変原理の意味するところ(定義)を見てみましょう。
私の認識では、
地球で光速度を観測するとⅭ
宇宙空間で観測してもⅭ
棒で移動する観測者が観測してもⅭ
となります。
(棒で移動する観測者は、系を形成していないと考えられるのでⅭにならない可能性がある。)
図-3
光速度不変原理の考え方は、すべての系での光速度が、Cと考えていましたが、論文の中ではどうなのでしょう?
アインシュタインが、論文の中で同時性を否定した思考実験を見てみましょう。
図-4
静止系で 両端に同期した時計と観測者を乗せた長さLの棒を設置します。
棒の端から光を照射すると同時に、棒を速度Vで移動します。
右方向の光は、図のような状態になり、棒と共に移動する観測者は、光が棒を移動する時間は、
Δt₁=L/(C-V)
を観測し、左方向の光の移動時間は、
Δt₂=L/(C+V)
を観測し、棒と共に移動する観測者は、静止系の光で同期できず、静止系の観測者は、静止系に静止した棒で同期ができることより、系間(静止系と運動系)の同時性を否定しています。
棒の観測者は、光の相対速度Ⅽ±Ⅴを観測していることになります。
そしてこの時間は、エーテル理論で考えられている時間そのものです。
静止系に光速度不変原理を適用することにより、静止系が、固定エーテルの場になっているのです。
静止系の観測者以外は、光速度Ⅽを観測できない状態になっているのです。
この棒を地球 (系)に設置した棒と考えるとマイケルソン・モーリーと地球での光速度測定結果やアインシュタインが定義した光速度不変原理と違った事柄を考察しているのです。
棒を運動系ととらえ、地球と同じ速度で移動すると考えると 地球と同じ光速度を測定し、棒の光の移動時間は、Δτ₁=Δτ₂=L/Cを観測するはずなのです。
そして、地球の光速度の測定値が、Ⅽなので アインシュタインの考察とは違った結論が出てきます。
アインシュタインの考え方は、エーテル理論の時間Δt₁=L/(C-V)とΔt₂=L/(C+V)を導き出し、ローレンツ変換と結び付けようと、無理やり理論展開を行っているようにしか思えません。この考え方の根本にあるのは、光の媒質が、宇宙空間に固定されているという考え方です。
静止系に光速度不変原理を適用することにより、媒質が、静止系に固定されます。そして、静止系の観測者のみが、光速度Cを観測するのです。他の系の光は、すべて相対速度になるのです。
光速度不変原理「互いに等速度運動をするすべての観測者からみて、光源の運動によらず真空中の光速度は常に一定の値をとる」の{すべての観測者から見て一定}ではなく、静止系の観測者のみで 移動する地球(棒)の観測者は、Ⅽ±Ⅴを観測しています。
アインシュタインは、光速度不変原理とは違う思考実験を行っているのです。
この方法で同時性の否定ができるのでしょうか?
静止系の光と運動系の光で、別々に同期できたら同時性(時刻線が傾かない)が存在するのではないでしょうか?
他の物理現象で同時性の検証を行ってみましょう。
静止系と運動系をそれぞれ等速度で移動できるボールを仮定して その状態を見てみましょう。
静止系と運動系に長さLの棒を固定し、棒の一端から速度Uのボールを移動させる。
ボールを移動させると同時に、電車を速度Vで移動します。
図-5
運動系の観測者は、ボールがもう一端に届く時間τ₁=L/Uを観測し、反射して戻る時間τ₂=L/Uを観測します。
静止系の観測者は、ボールがもう一端に届く時間t₁=L/Uを観測し、反射して戻る時間t₂=L/Uを観測します。
この状態で同時性の比較をするのが普通だと考えられます。
図のように、静止系のボールだけを使い、相対速度で同時性の比較など決して行いません。
図-6
光についてもボールと同じ考察をしてみましょう。
静止系と運動系(地球)に長さLの棒を固定し、両方の系の棒の一端から光を照射させる。
光を照射させると同時に、電車(地球)を速度Vで移動します。
図-7
運動系の観測者は、光がもう一端に届く時間τ₁=L/Ⅽを観測し、反射して戻る時間τ₂=L/Ⅽを観測します。
そして、時計の同期ができることを観測します。
静止系の観測者は、光が、もう一端に届く時間t₁=L/Ⅽを観測し、反射して戻る時間t₂=L/Ⅽを観測します。
そして、時計の同期ができることを観測します。
このように普通の物理則と同じ考察を行うと同時性はあるのです。
アインシュタインの手法は、棒の観測者は、光の相対速度(エーテル風の影響を受けた速度) Ⅽ±Ⅴを観測しているのです。
これは、アインシュタイン自身が提唱した光速度不変原理に矛盾する事柄を使用して理論展開を行っているのです。
光速度不変原理は、次のように書き換えなければなりません。
静止系の観測者は、光源の運動によらず真空中の光速度は常に一定の値を観測し、他の観測者は、静止系に光速度不変原理を適用した光の相対速度を観測する。
アインシュタインは、この手法で運動系の事象を静止系の事象に変える座標変換を行っています。
論文の中で行われた座標変換方法についてみてみましょう。
図-8
運動系の事象を静止系の事象に変換するために、運動系の原点を出た光が、χ’に到達し、χ’で反射され原点に戻る事象をχ’=ⅹ-Vtとし、静止系に光速度不変原理を適用して 座標変換を行っています。
静止系の光で長さχ’(L)の棒の時計の同期を行っているのと同じ現象を見ています。(論文の中では、棒の記述はありませんが、長さLの棒の同期を行っているのと同類の操作を行っているのであえて記載しています。)
そして右方向の光の移動時間を
Δt₁=T₁―T₀=L/(C+V)
とし、左方向の光の移動時間を
Δt₂=T₂―T₁=L/(C+V)
としています。
そして、運動系で次式
1/2(τ₀+τ₂)=τ₁ ‥‥‥(1)
が成り立たなければならないとし、上述の時間を引数として代入し、計算結果を展開し、ローレンツ因子を算出しています。
(1)式が成り立つためには、
τ₁―τ₀=τ₂―τ₁
が成り立たなければならず、運動系で時計の同期ができることを意味しています。
先に、アインシュタインは、運動系で同期ができないとして 系の同時性を否定していますが、ここでは、同期できなければならないとしています。(@_@)
ここで、静止系に速度Ⅴで移動する棒を置き、運動系(地球・電車)の光だけで 静止系の棒の光の移動時間を見てみましょう。
図-9
静止系を棒と共に速度Vで移動する観測者は、地球の光で地球と同じ光速度と移動時間を観測し、
τ₁―τ₀=τ₂―τ₁=L/C
を観測します。
それが、静止系に光速度不変原理を適用することにより、棒の観測者が観測する時間は、
T₁―T₀=L/(C-V)
T₂―T₁=L/(C+V)
になっています。
つまり、静止系を棒と共に移動する観測者は、運動系の光では、
τ₁―τ₀=τ₂―τ₁=L/C
を観測するのに、静止系に光速度不変原理を適用した座標変換により、
τ₁―τ₀=L/(C-V)
τ₂―τ₁=L/(C+V)
を観測していることになるのです。
同じ静止系を移動する棒の観測者は、光速度不変原理を適用したことにより、元の光速度・移動時間と違う事柄を観測しています。
変換前は、一つの時間が、変換すると二つの時間になる。
他の物理現象で、例えばボールの移動について同じような思考実験を行った場合、座標変換により、観測時間が変化する事例はあるのでしょうか?
アインシュタインが提唱したこの思考実験だけです。(特殊相対性理論だから 特殊なケースなのだ!(@_@))
電車の中を移動するボールで検証してみましょう。
図-10
電車のボールの動きを静止系に座標変換する時、静止系で観測しているのは、ボールの移動の像(軌跡)を観測し、相対速度(U±V)になります。
そして、ボールの移動時間は、
Δt=L/(U+V-V)=L/U
となり、変化しません。
光の場合も静止系では、像(軌跡)を観測しているのではないでしょうか?
運動系の横方向の光を静止系で観測したときに、光そのものではなく、光の像(軌跡)を観測していることについて考察してみましょう。
速度Vで移動する電車(地球)の横方向の光で考察してみましょう。
図-11
地球(電車)の横方向の光を宇宙空間(地上)で観測したとき、地球の横方向の光は、直接観測しているのではなく、自分に向かってくる光として観測し、移動状態は、その観測した像(軌跡)として認識するのです。
自分に向かってくる光の速度はCですが、横方向の光の軌跡の速度は、直接光を測定していないので エーテル風のように相対速度になってもおかしくないのです。
アインシュタインの思考実験では、光そのものでない光の軌跡を光速度Cにしている可能性が高いのです。
軌跡については、前ブログ等で詳述しています。 これ以降の内容は、ブログ「アインシュタインの論文の座標変換における同一地点の時刻の不一致」(https://yoko3210go.muragon.com/entry/71.html)に記載した内容を転載しています。(一部追加・削除)
軌跡についてみてみましょう。まず、軌跡の生成速度を見てみましょう
電車の光が距離L移動するのに要する時間をΔtとすると
光がΔt/2進んだ時
図-12
電車(Z’軸)の左側の軌跡の長さは、ⅤΔt/2となり、
右側の長さは、CΔt/2となり、軌跡の長さは、
D=(V+C)Δt/2
となります。
光がL進んだ時
図-13
電車の左側の軌跡の長さは、ⅤΔtとなり、
右側の長さは、CΔt(=L)となり、軌跡の長さは、
D=(V+C)Δt=VΔt+L
となります。
電車の移動速度を2倍にすると
図-14
電車の左側の軌跡の長さは、2ⅤΔtとなり、
右側の長さは、ⅭΔtとなります。
軌跡の長さ(D)は、
D=(2Ⅴ+Ⅽ)Δt=2ⅤΔt+L
になります。
アインシュタインは、静止系に光速度不変原理を適用し、
CΔt=ⅤΔt+L
から移動時間を算出していますが、
ⅤΔt+L=(Ⅴ+Ⅽ)Δt
なので、
CΔt=(Ⅴ+Ⅽ)Δt
となり、Ⅽとは、違った速度を持った軌跡の速度を光速度不変原理を静止系に適用したために、
Ⅽ=C+V
になっているのです。
生成速度がCでない軌跡の速度をCにしたために、時間の矛盾が派生したのです。
特殊相対性理論の根幹となる根本的な間違いなのです。
しかも、光速度不変原理の考え方は、軌跡を光とみなし、速度をⅭとしているために、運動系の光の移動方向により、運動系のL/Cの一つの時間が、静止系でL/(C-V)~L/(C+V)の間で無限の時間として観測されるのです。
この時間は、エーテル理論で考えられていた時間そのものです。
図-15
運動系では、距離Lを光が移動する時間は、光の方向にかかわらず、常に、L/Cを観測します。
しかし、エーテル理論と静止系に光速度不変原理を適用すると 静止系では、左方向の移動時間は、
Δt=L/(C-V)
上方向の移動時間は、
Δt=L/√(C²-V²)
右方向の移動時間は、
Δt=L/(C+V)
となり、運動系のL/Cの時間が、静止系で観測すると光の方向で変化するのです。
電車や地球から見たら、光の方向にかかわらず、電車の移動時間は、常に、ⅤL/Cで一定です。
しかし、静止系から見ると電車の移動距離は、光の方向でⅤL/(C-V)~
ⅤL/(C+V)で変化するのです。
目に見える物理現象(一つの移動距離)までが、無限に変化する。
静止系に光速度不変原理を適用することにより、光速度Cを観測できるのは、静止系の観測者のみで、静止系が、エーテル理論の固定された場になっているのです。
マイケルソン・モーリーの実験結果や当時の光速度測定結果は、エーテル理論を否定する結果でした。
それを覆すために考えられたのが、光速度不変原理・特殊相対性理論なのです。
物理学者さんは、おかしいと思いませんか?
おかしいと感じるのは、私だけでしょうか?
今の物理学では、常識?((+_+))
アインシュタインの考え方は、固定エーテル説にこだわった考え方で 理論付けを行っているように感じてしまいます。
固定エーテルにこだわるならば、地球で光の相対速度を観測できる実験を行えばよいのです。
地球で相対速度を測定できたら、地球で時計の同期もできず、特殊相対性理論と違った考え方が派生すると思われます。
素晴らしい光速度不変原理 (@_@)
タイムマシンの夢を与えてくれた特殊相対性理論 ($・・)/~~~
100年間、物理学の進歩は、止まっていたのです。( ;∀;)
なんで、私より聡明な物理学者さんが、私でも論破できる事柄を信じているのか不思議でなりません。
ここで、物理学者の皆さんの中には、光の波動方程式が、ガリレイ変換できないから 一つの光と考える方がいらっしゃると思います。
これに関しては、「特殊相対性理論で同時刻線が複数できる現象」(https://yoko3210go.muragon.com/entry/72.html)等で説明していますが、再度説明します。
観測者A・Bが、光源から同じ距離離れた位置にいたとします。光が、A・Bに到達したと同時に観測者Bは、光源に向かって速度Ⅴで移動したとします。
図-16
この図は、観測する光の波数(振動数)を模式的に書いています。
図-17
観測者Aは、単位時間に波の谷を4個観測し、観測者Bは、6個観測するのです。
速度Vで移動する系で観測した場合、観測者Bと同じ状態を観測します。
図-18
Aが観測する単位時間当たりの光の波数とB・Ⅽが観測する波数は同じですか?
B・Cは、Aよりも波数(振動数)が大きい光を観測するのです。
一種のドップラー効果です。計算はしていませんが、光の速度が大きすぎるので地上でドップラー効果の観測はできないと考えられます。(測定精度がない?、私の想像)
波動方程式は同じですか?
当然のことながら振動数が変化すれば、波動方程式は変化します。
波動方程式が、ガリレイ変換で不変でないのは、当たり前の事なのです。
今、良い例を思いつきました。(7月26日追加)
スピードガンの測定には、マイクロ波の周波数の変化(ドップラー効果)が利用されています。
ボール表面での周波数が変化しているのです。
マイクロ波は、当然ことながら 光と同じ電磁波で 伝搬速度もCです。
波動方程式は、周波数が変化すれば、違うものになります。
波動方程式をガリレイ変換すると不変になりません。当たり前の事柄なのです
同じ電磁波の光も同じような作用があるのではないでしょうか?
物理学者の皆さん
まだ特殊相対性理論を信じますか?
信じている人の具体的な反論をお待ちしています。
以上の事柄より、アインシュタインが提唱した「光速度不変原理」すなわち、「互いに等速度運動をするすべての観測者からみて、光源の運動によらず真空中の光速度は常に一定の値をとる」という考え方は、「光源の運動によらずその系の真空中の伝搬速度は常に一定の値をとる。」に変更する必要があります。
また、光速度不変原理の考え方より導き出されたローレンツ変換・時間の遅れ・運動物体の収縮・ミンコフスキー時空図など架空の理論なのです。
物理学者の皆さんのご意見、反論をお待ちしています。
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・光速度不変原理の矛盾」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・光速度不変原理」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。