物理学者の間違っている常識 (シリーズ4)

波動方程式が、ガリレイ変換で不変でなくても光速度は系により変化する


 
「特殊相対性理論」の「光速度不変原理」の考え方には、「波動方程式が、ガリレイ変換で不変でないこと」が大きくかかわっていると考えられます。
 光に関して、速度Vで移動する系の光は、波動方程式が、ガリレイ変換で不変でないので、速度の影響を受けないという考え方を多くの物理学者の皆さんがしているようです。
 この事柄について、シリーズ2で行った光の考察方法を再度使い、検証します。
 長さLの棒ABを乗せた電車が、速度Vで移動しています。また地上には、長さLの棒CDを置きます。AとCが重なった時に、光①②➂を同時に照射し、光①②は、棒ABの同期を行い、光➂は、棒CDの同期を行ったとします。

         

                 図-1
 運動系に光速度不変原理を適用すると、電車に乗っている観測者S・Tは、下記のような光の状態を観測します。

        

                 図-2
 光①②に関しては、同期ができ、光➂は、同期ができず、何ら問題がないように見えます。
 地上の観測者O・Pは、静止系に光速度不変原理を適用すると、下記のような光の状態を観測します。

        

                 図-3
 光①②に関しては、時計の同期ができず、光③に関しては、同期ができ、何ら問題がないように見られます。
 しかし、各観測者が観測する往復の時間を見ると、起こるはずがない現象が生じるのです。往復時間を表―1にまとめます。
                 表―1 棒を光が往復する時間

  

 光②に関しては、
  S・Tの観測時間 < O・Pの観測時間
ですが、光➂に関しては、
  O・Pの観測時間 < S・Tの観測時間
になります。
 一見すると移動する物体の時間の遅れととることもできます。
 光②③は同じ一つの光ですので、区別せずに、光②③の部分を取り出し、表-1を時間の遅れと進みで、書き換えてみます。
                  表-2

     

 観測者S・Tと観測者O・Pは、時間の遅れと時間の進みを同時に観測することになります。
 特殊相対性理論では、ABの棒だけの考察を行い、運動する物体の時間は、遅れるとしていますが、この時、起きているすべての現象を見ると 表-2のように、矛盾が明確になるのです。
 アインシュタインの考え方では、観測者は、進みと遅れを同時に観測するのです。
 S・Tの時間がともに遅れるのならば、理解ができますが、物理現象を考えたとき、絶対に起こらない現象です。
 光の考察方法に、問題があるから起こった現象です。
 光の光路と軌跡の状態の観察結果には、間違いはありません。同じ系の光速度をCにすることに関しても、何ら問題がありません。(光①のS・Tの観測結果と光②③のO・Pの観測結果)
 では、他の系の光速度をCにすることが問題なのでしょうか?
 シリーズ―2で言及しましたが、アインシュタインが、違う系の光速度について言及している記述があるので、それを見てみましょう。
 アインシュタインは、「特殊及び一般相対性理論について」(白揚社 金子務 訳 1916年 p32~35)の中で相対速度について記述しています。
 軌道堤に沿って速度Vで移動する電車と軌道堤に沿って移動する光から 列車に対する光の速度W(軌跡の速度に同じ)を求めています。
  W=C-V
 これに関しては、シリーズ2で、軌跡の速度を算出し、軌跡の速度は、系の移動速度と合成しなければならないことを 示しているので、ここでは、省略しますが、移動する系の光速度(軌跡の速度)は、C±Vとして観測されるのです。
 このように考えると、波動方程式がガリレイ変換で、不変でなくても、観測される軌跡の速度は、C±Vとして観測されるのです。
 光の速度則も普通の物体の速度則と同じなのです。
 この軌跡の速度を用いて、表―1の値を再計算した数値を表-3にまとめます。
             表―3 棒を光が往復する時間

   

 表―3に示すように、同時性も維持され、運動する物体の時間の遅れなど生じていない事が判ります。もちろん収縮など起きていません。
 特殊相対性理論の光速度不変原理は、軌跡の速度をCとして構築されていますから、特殊相対性理論は、虚構の理論なのです。
 光も一般の物理則と同じ扱いをしなければならないのです。
 特殊相対性理論では、時間の遅れや運動する物体の時間のずれが、注目されています。
 また、パラドックスとして、表-2の赤字部分しか議論されていませんが、実際には、黒字の部分を加えた状態の議論が必要だったのです。
 全ての現象を観察し、あらゆる角度から考察したときに、矛盾がないかどうかの検討がなされていないために、「移動する物体の時間のずれ。」や「パラドックス」などという言葉で、一見矛盾する結果が、容認されてしまっていたのです。
 ガリレイ変換で不変でないから、全ての系に、一つの光速度を当てはめると矛盾が生じるのです。
 移動する系には、速度の合成則が適用されるのです。


 波動方程式に関しては、「特殊相対性理論の矛盾点(物理学者も答えられない)」
 (https://yoko3210go.muragon.com/entry/25.html
のなかでKNZOU氏のブログを紹介し、私の見解を述べています。
 私のブログの内容は、未完成な部分がありますが、参考になるのでは、と考えています。


 皆さんに、お聞きしたいことがあるので、どなたかご回答を頂ければ、幸いです。
 私は、45年以上前に、化学工学(有機合成)を専攻したものですので、物理数学も電気学もまるっきりわからないことだらけです。
 よろしければ、ご回答をお願いします。
1.波動方程式と光速度の関係
 真空下での波動方程式は、
  ∂²Ey/∂t²=1/ε₀μ₀×∂²Ey/∂x²
で表せます。そして光速度は、
   C=1/√ε₀μ₀
となります。
 波動方程式を変形し、
   1/√ε₀μ₀=∂‥‥‥
として、変換したら、速度則は、どうなるのでしょうか?
 また、水中の光速度は、
   Cw=C/√εμ/ε₀μ₀
とすると、水の比誘電率は約80で、比透磁は約1なので、水中の光速度にならなくなってしまいます。
 (はじめは、誘電率と透磁率で計算しましたが、まるっきり合わなくて、単位換算の違いと思い、あれこれやりましたが、どうしても出てきませんでした。)
 水中の波動方程式は、
∂²Ey/∂t²=1/εμ×∂²Ey/∂x²
で現してよいのでしょうか?
 現わせるとしたら、速度は、Cw=1/√εμ になってしまいます。
この辺の疑問に対するご回答ができる方がいらっしゃいましたら、よろしくお願いいたします。


2.屈折率と光速度の関係
水中の光速度は、
   Cw=C/n
で表せます。
また、プリズム現象は、波長の違いにより、屈折率が違うために起こった現象と考えられます。そして、紫の色と赤色では、屈折率に違いがあると考えられます。そうすると、Cw=C/nの式から、波長により、光速度が違うという結論が得られてしまいます。
この辺のご見解をいただきたいのですが、よろしくお願いします。


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。


 皆様のご意見・質問・反論等をお待ちしております。