特殊相対性理論は、虚像の理論
(「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。)
静止系の光と運動系で観測される光の軌跡(像)を精査したところ、光速度不変原理は、光の虚像(軌跡)を光とみなし、虚像の速度をCにしている事が判りました。
また、この虚像の移動速度は、系の移動速度との合成速度となり、横方向の速度は、
C±Vとなる事が判りました。
このブログでは、これらのことを説明します。
違う系の光を観測する事は、像を観測しているという概念を明確にするために、最初に、下記のようなモデルで説明します。
図-1
透明な板で密閉された箱が、時刻t₀(τ₀)で、図のように速度Vで移動したとします。この箱の角を運動系の原点とし、X₁軸とY₁軸を描きます。
この軸に沿って、静止系のX₀軸とY₀軸を描きます。
この時、静止系の原点からX₀軸とY₀軸に沿って光を照射したとします。
静止系の観測者は、光の進路に、手をかざせば、光を手に当てることができますが、運動系の観測者は、この光を手に当てることはできません。
運動系の観測者は、静止系の光の像(軌跡)を観測するだけなのです。静止系の光の運動系に対する相対的な位置が分かるだけなのです。
また、ある空間を同時に両方の系が、共有することはできないのです。(手をかざしたときに、光を当てられない。)
以上のことを念頭において、次の光と像の考察を見てみましょう。
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。
X₁Y₁平面上に、透明な板があると考えてください。
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-2
図-2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-3
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。
光の軌跡は、二つの要素から成り立っている事が判ります。
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(虚像)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」(他の系の光の虚像(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状態の時間L/C・3L/2Cと2L/Cを同時に見てみましょう。
図-4
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、静止系の光の移動距離が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-5
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。
次に、Y₀軸方向の光を見てみましょう。
図-6は、L/2C時間の光の移動状態と観測される軌跡の状態です。
図-6
縦方向の光についても、横方向の光と同じ観測ができます。
静止系の観測者は、Y₀軸より左側に光を観測する事はありません。
Y₀軸とY₁軸間に見える光の軌跡(像)は、虚像である事が判ります。
図-7は、L/C時間後の光の移動状態と観測される軌跡の状態です。
図-7
静止系の観測者は、Y₀軸の左側に、光の存在を認識できないので、Y₀軸とY₁軸間に観測される軌跡は、虚像である事が判ります。
この軌跡の長さは、系の移動速度Vが変化すると変わります。
この軌跡の長さをD₁とすると、
D₁²=L²+(VΔt)²=Δt²(C²+V²) * L=CΔt
となり、L(CΔt)は一定値なので、移動速度Vで、虚像の長さが決まり、移動速度Vに依存した値である事が判ります。
また、移動時間は、Δt=L/Cとなり、時間の遅れもない事が判ります。
また、光路の長さもLですから、これを座標変換すれば、同じLになりますから、移動時間は、Δt=L/Cとなり、光路長からも時間の遅れなどなく、一般の物理法則と同じ事が判ります。
光速度不変原理を適用することは、この虚像をCとすることなのです。
実像をCにするならば、納得できますが、虚像をCにしていたのです。しかも、移動速度Vに依存した虚像の長さの速度をCにしていたのです。
そのために、時間の遅れや、収縮、などの実際には、起きていないことが起きているような理論が生まれたのです。
この斜辺の軌跡の速度をCにするという考えは、マイケルソン・モーリーの実験の考察で行われていました。
この考察結果から、ローレンツは、ローレンツ収縮を考え、エーテル固定説を支持しようとしました。そして、ローレンツ変換を導き出しています。(ローレンツらが行ったローレンツ変換の方法は、調べてみましたが、分からなかったので、この記載内容があっているかは、少し疑問が残ります。)
そして、これが、アインシュタインの光速度不変原理が生まれた遠因になっているのではないかと考えられます。
以上のことより、
運動系の横方向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。
縦方向の光の軌跡の移動速度も移動速度との合成速度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、三つの重要な事柄が判りました。
マイケルソン・モーリーの実験の考察で、光の軌跡(斜辺の虚像)の速度をCとして考察が行われていたことです。
マイケルソン・モーリーの実験は、光の伝搬法則を考えるうえで、重要な事柄と考えられますので、訂正が必要と考えられます。
もう一つは、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、特殊相対理論(?)の見直しが必要になります。
最後の一つは、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。
コメント返しの中で、ローレンツ変換すると、説明できるとの見解をお持ちの方がいらっしゃいました。私自身は、「運動物体の電気力学」を読んでいて、座標変換のところで、矛盾を見出したので、ローレンツ変換以降については、ほとんど目も通していませんでした。
簡単に目を通したのですが、この式は、Cでなくても、この変換式の仮想空間が、できると感じました。
例えば、ある科学者が、光速度より早い速度Uを持った宇宙波なるものを仮定し、この宇宙波速度不変原理なるものを仮定したとき、ローレンツ変換算出と同じ方法で、CをUに変えるだけで変換式が算出できます。
宇宙波のローレンツ変換は、
τ=γ(t-Vx/U²)
ξ=γ(xーVt)
γ=1/√{1-(V/U)²}
となり、光と同じような変換ができ、その仮想空間では、光と同じような現象が、起こるのです。
ローレンツ変換が、速度Cに特異的に成り立つならば、式の信頼性も高まりますが、速度不変原理にすれば、どんな超高速度に対しても成り立つ変換式なのです。
この変換式については、実証実験か、思考実験で、矛盾の有無を確認する必要があるのです。
私は、実証実験ができませんから、思考実験で矛盾を指摘しているのです。
矛盾のある理論ですから、物理現象の観察や観察項目を増やすと、矛盾が明確になるのです。方法を変えるといくらでも(?)矛盾を指摘できるのです。
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。
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