アインシュタインの思考実験の一つは間違っている!?

アインシュタイン自身がどのような思考実験を行っていたのかはわからないので、「アインシュタインの思考実験の一つは間違っている!?」なんてことは言えないのですが、巷で説明される光速と時間の説明に少し疑問を感じていますので、そのことを説明したいと思います。

「光速に近くなると、時間の進み方が遅くなる」ということを説明するとき、大抵は、下図のように説明されると思います。

まず、「どんな状況においても光の速さは変わらない」、また、「光速を超えることはできない」ということを前提があります。

その前提のもと、光速に近い速度で移動する乗り物に乗って、床から天井に向けて光を放った時の状況を、次のように解釈していると思います。

(1)乗り物に乗っている人が光を見れば、光は、光速で天井に向かって進んでいく。

(2)乗り物に乗っていない人がその光を見ても、光速で進んでいるように見える。

(3)このとき、光が進んだ距離は、乗り物に乗っていない人から見た方が長い。

(4)「どんな状況においても光の速さは変わらない」という前提を置いたとき、(1)と(2)の光の移動距離に食い違うことを説明できない。

(5)その解決を時間に求めると、「乗り物の速度が、光速に近づけば近づくほど、時間の進み方が遅くなる」、最終的には、「光速に達したとき、時間が止まる」とつじつまが合う

 

しかし、その解釈には誤りがあると思うようになりました。

 

空間を次のように表してみます。

 

乗り物を楕円で表します。

これまで一般的だった説明では、乗り物は、下図のようにその空間を引き連れて移動することが暗黙の前提となっています。

 

ところが、実際は、空間は物質をするりとすり抜けてしまい、空間以外の「乗り物」だけが、次図のように移動するのです。

 

光は、空間を伝わる電磁波と考えられています。

ですから、放出された時点で、光と乗り物との関わりはなくなり、その速度は、その空間だけに依存するようになると考えられます。

このように考えると、初めの図で説明した、光と移動体、静止系との関係は次のようになります。

乗り物に乗って、床から天井に向けて光を放った時に、

(1)乗り物に乗っている人が光を見れば、光は、後ろに向かって進んでいく(天井が十分に高ければ、光は天井には届かない)。光速は、(2)の速度を観測しなければならない。

(2)乗り物に乗っていない人がその光を見ると、斜めの線が上に向かって光速で進んでいるように見える。

(3)斜めの線は、乗り物の速度が速くなればなるほど長くなる。しかし、その斜めの光の線の長さは、光速とは無関係で、その長さがいくら長くなっても、光速が変化したとは言えない

という解釈になります。

ということで、乗り物に乗った人が光の速さを測定しても、乗り物に乗っていない人が光速を測定しても、光の速度は同じです。

つまり、乗り物が光速に近づいても時間の進み方は変わらないのです。

ですから、光速を目指すことではタイムマシンは作れないということになります。

他の方法を考えなければ・・・。

夢のない話ですみません(笑)

 

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