科学の技法

科学とは、習い、考え、教えることである。

続・光の速度

光はニュートン古典力学から考えると、不可解ともいえる性質も持っている。不可解の最たるものは、光の速度が一定であるという性質である。光速がなぜ一定なのかは私はうまくは説明できないが、光は真空の空間(絶対的な無の空間)の中であっても、問題なく伝わっていく。この点は、音が空気という媒体を必要とするのとは異なる。真空空間にとっては物体の速度そのものが意味を成さないというイメージを、私は持っている。人間や惑星も含めたあらゆる物質が存在しない広大な真空空間をイメージし、その真空空間の中を秒速100kmで走っている物体を想像してほしい。想像を膨らますと、高速で動いているその物体は完全に静止していると思うこともできる。したがって、光源から遠ざかっていく人からみても、光源に近づいていく人からみても、光の速度は一定である。新幹線に乗っている人から見ても、新幹線の横で静止している人からみても、全く同じ速度なのだ。これはわれわれの直観に反している。なぜなら、時速200kmで走っている新幹線の中の人から見ると、時速300kmで新幹線と同じ方向に動く物体は時速100kmで動いているように見えるが、静止している人からはその物体は時速300kmで動いているように見える。光速に関しては、その常識が通用しない。新幹線の中の人、静止している人、または自動車を運転している人、その他すべての人からみて、光の速度は秒速30万kmである。これが光速不変の法則であり、アインシュタイン相対性理論の大前提である。興味深いことに、この法則は実験的にも証明されている。たとえば、1887年のマイケルソン・モーリーの実験が有名である。興味がある方は「図解・わかる相対性理論」などの書籍を参照してもらうとよいが、ざっくりいうと地球上で観測される光の速度は実際の測定値がすべて一定である。観測者と光源との相対速度は全く関係なかったのである。