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光速


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光速とは、が進む速度である。光速度とも言う。


概要


物理学的に最も速いスピード間を移動するものとして知られており、その速度真空中で299792458m/sである。
速約30万km」「1地球を7週半する」などとよく言われる。一般的にはcと表記される。

この場合の「光」とは、人間で見て知覚することの出来る可視線はもちろんのこと、赤外線外線、X線やγ線等、すべての周波数の電磁波す。

真空中の光速度は物理定数の1つであり、なぜこの速度なのかはわかっていない。


長さの単位との関係


現在、長さを表す単位の基本になっている「メートル」の単位は光速度を元に定義されており、真空中を1間に進む距離の1/299792458の長さが1メートルであると定められている。

光速度を測定し書き表すにはどの場合メートル法を用いるが、両者の相互関係において基準になっているのはあくまで光速度の方であり、もし今までと異なる測定結果が出た場合、修正されるのはメートルの定義の方である。

例えば、何らかの測定実験において光速が350000000m/sであると測定されたら、1メートルの長さを今の350000000 / 299792458倍と定義し直す事になる。そうすると、新しい測定結果における光速度は今までと同じ299792458m/sとなる。
(もっとも、現在の技術では再測定で違う結果が出るほど誤差は残っていないのでこのような事はもう起こらないだろうが)


光速度不変の原理


特殊相対性理論では、「速度 c は、を放ったもの()の運動の状態に関わらず常に一定値である」という光速度の不変性を原理として掲げている。

簡単な例を挙げると、例えば時速50kmで走っているから、前もしくは後ろに向けて時速30kmのスピードボールを投げたとする。
前=の進行方向と同じ方向に向かって投げた場合、ボールは投げた本人が移動していた速度(時速50km)+投げられた速度(時速30km)=時速80kmで飛んで行く。
後ろ=の進行方向と逆の方向に向かって投げた場合、速度の方向が逆であるため引き算になり、5030=時速20kmで飛んで行く。最終的にどちらに向かって飛ぶのかと言うと、この場合は速度の方が大きいため、の進行方向と同じ方向にボールは飛ぶ。

しかしの場合、前に向けてを出しても後ろに向けてを出しても、は常に299792458mで飛んで行く。時速50kmで走っているからであっても、マッハで飛んでいる飛行機からであっても、である。


光の相対速度


光速度不変の原理によれば、を前に向けて放っても後ろに向けて放っても、外の人からは同じ速さで進むように見えるのだった。では、中の人から見たら、前と後ろに放ったは、それぞれどのくらいの速さに見えるのだろうか?

答えは「中の人から見ても、どちらの方向に向かって飛ぶでも299792458mで飛んで行くように見える」である。
物理的におかしいじゃないか!」と思った人。身も蓋もい言い方だが、現実にそうなっているのだからそういうものだと思わなければいけない。もし中の人が、前と後ろに飛ばした速度が違うと観測するなら、彼は自身の“絶対的な運動”を検知したことになる。しかし、実験でいくら計測しても“絶対的な運動”なるものは検出されなかったのだ。アインシュタイン相対性理論は、現実として存在するこのような測定結果を何とかして説明づけようというところから生まれたものである。
どのような慣性系から観測しても速度が変わらない以上、変わっているのはその回りの間とか時間の方である。と考えなければ説明がつかないのだ。

ではどうすれば説明がつくのだろうか。

間についての法則の一つとして、「二つの出来事が同時に起きたか否かは慣性系(今の例で言うと、中の人から見るか地上の人から見るか)による」と言うものがある。
時速50km=速約14mで走るから前に向けてを放った場合、自体が1の間に14m進むのだから、は同じ時間の間に299792458+14m進んだとすれば「の中から見て299792458m」になる。この299792458+14mの場所をA地点としよう。中の人は“が14m先の地点に達した”のと、“がA地点に達した”のは、「同時」に起きた出来事だと言うだろう。
一方で、地上の人からすれば、“が14m先の地点に達した”時点では、はまだA地点の14m手前にいる。つまり、“が14m先の地点に達した”時刻の、少し後に“がA地点に達した”ことになる。中の人と地上の人では、何が「同時」に起こるかは見解が一致しないが、光速に関しては二人ともが299792458mと観測するのである。


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最終更新日: 14/06/28 16:52
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