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セルフ塾は閉めましたが、そのままの名前でブログを続けます。独学,独習。教わるより,学ぶを重視。 セルフラーニングの方法,英語,数学などの情報を発信するつもりです。

光速度不変の原理
 光くんは、陸上競技100m走の選手です。オリンピックをめざしてがんばっています。現在の記録は10.0秒。かなりいい記録ではありますが、世界のレベルにはまだ達していません。
 それを出してからもうだいぶ経つのですが、10秒を切ることができません。走っても走っても記録は10.0秒。

 きょうも新記録をねらって走ります。しかし、あいにく台風が接近し、追い風になっています。これでは追い風参考記録にしかなりません。

 追い風参考記録というのは知っていますね。風が後ろから吹いていると、走る人は後押しをされるようなものですから、速く走ることができるのです。だから、追い風2.0m/sを超えると記録は公認されず、参考記録にとどまるのです。とにかく速く走ることができます。

 記録は参考にしかなりませんが、順位は決まります。必死で走らなければいけません。

 さて、スタートにつきました。台風の強風域に入っているようで、15m/sを越える強い風が吹いています。
 スタートしました。ほとんどの選手が追い風に乗って快調に飛ばしています。しかし、どうしたことでしょうか。光選手が伸びません。どんどん離されていきます。そしてそのままゴール。
 光選手のタイムは今回も10.0秒です。追い風ですが、いつもと変わらない記録です。

 それから1ヶ月が経ちました。また、大切な大会です。今度はリベンジで光選手も張り切っています。

 ところがあいにくの向かい風です。今度は前の方から強い風が吹いてきます。今度も15m/s。ただし前と逆で向かい風ですから、記録は伸びないと思われます。風に逆らって走らないといけません。

 スタートラインについて、スタート。他の選手は強い風でとても走りにくそうです。体が前に進みません。しかし、光選手は向かい風をものともせずに走っています。他の選手を大きく離して1位でゴールです。
 さて、タイムは。なんとまたしても10.0秒。この向かい風でこの記録はすごいです。

 追い風でも向かい風でもまたまたいろんな条件下でも光選手の記録、速度はまったく変わりません。何とも不思議です。
 だれからともなく、「光速度不変の原理」と呼ばれるようになりましたとさ。



「光速度不変の原理」というのは、真空中の光速度は、互いに等速度運動するすべての観測者に対して不変である、という原理。特殊相対性理論の基本原理の一。

 です。
 上の話はぼくが作ったものです。身近のものに喩えると分かりやすいかなと思って作ってみました。

 いま「ゼロから学ぶ 相対性理論」を読んでいます。その帯に「相対論は小説よりも奇なり」とあります。上の光選手が追い風でも向かい風でも速度が変わらないというのも本当にあったら不思議ですが、光の速度が変わらないというのは、それ以上に不思議なことです。
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| | 2014/11/29/Sat 11:01[EDIT]
Re: 時間と空間の変化の仕組みが解明できました。
コメント、ありがとうございます。難しくて、読んだだけでは理解できません。もっと勉強したいと思います。
selfyojji | URL | 2012/03/18/Sun 10:56[EDIT]
時間と空間の変化の仕組みが解明できました。
相対性理論において、時間と空間とが変化する仕組みが、解明出来ました。この仕組みによって、ローレンツ変換が導かれ、光速度不変の原則を証明することが出来ました。

高速運動により、物質の質量が増加することにより、物質時間が遅れます。そうなると、物質を動かす4種類の力は同じ時間内でも、遠くまで届きます。空間はそれだけ伸び、逆に大きさを変えない剛体は縮みます。

 又、高速移動に伴い、前方から来る4種類の物質を動かす力(重力・電磁力・強い力・弱い力)は速く伝わり、後方から来る物質を動かす力は遅く伝わる様になります。そうなると、方向により物質時間の経過が異なって来ます。

この2つ変化を数式にしたのが、CATBIRD変換式
t’=t*(√(C^2-2VCcosθ+V^2)/C )/(√(1-V^2/C^2))
x’=(x-Vt)/√(1-(V^2/C^2))
y’= y/√(1-(V^2/C^2))
z’= z/√(1-(V^2/C^2))
「※又は、C*t*cosθ=x なので、t’=t*(√(C^2-(2Vx)/t +V^2)/C )/(√(1-V^2/C^2))としても良いでしょう。」
です。

 例えば、高速移動により、前方から来る物質を動かす4つの力が速く到達する様になっても、物質を構成する基本粒子の質量が増加するので、物質反応の速度は速くなるのか、遅くなるのかは一概には言えません。2つの変換式を統合した下記のCATBIRD変換式で、時間の変化を確かめることになります。

 この変換式により、観測者がどの様な速度で動きながら、どちらの方向へ向かう光の速度を観測しても、その速度は常に299,792.5㎞/秒で計れます。
 試しに、(x,y,z,t)=(cosθ,sinθ,0,1)を、√(x'^2+y'^2+z'^2)=c*t'に代入して見て下さい。計算を簡単にする為、z=0の平面上で、1秒間に移動した光を想定していますが、3次元でも、何秒間でも同じ理論です。
詳細は
http://d.hatena.ne.jp/tmcatbird/
をご参照ください。CATBIRD変換よりローレンツ変換が導かれ、光速度不変の原則が証明されています。


catbird@mx6.kct.ne.jp
catbird | URL | 2012/03/17/Sat 17:08[EDIT]
Re: 光速度が不変である理由
コメント、ありがとうございます。難しいですね。
selfyojji | URL | 2012/01/07/Sat 23:23[EDIT]
光速度が不変である理由
光は、観測する者がどの様に運動しながら観測しても、秒速299,790.2㎞と計れます。その理由は、運動する慣性系においては、時間及び空間3次元の長さが変換されるからです。xyz=3次元の空間・t=時間 θ=観測者の進行方向と光の進行方向との角度とします。 速度Vで運動する慣性系では、時空間は下記の様に変換されます。CATBIRD変換と名付けます。(2乗を^2と表わす)
t’=t*(√(C^2-2VCcosθ+V^2)/C )/(√(1-V^2/C^2))
x’= (x-(V/C))/√(1-(V^2/C^2))
y’= y/√(1-(V^2/C^2))
z’= z/√(1-(V^2/C^2))
この変換により、光速は常に一定速度で計れます。ローレンツ変換は、一部正確ではない点がありました。
詳しくは、
http://www42.tok2.com/home/catbird/
を参照ください。
正しいと思うのですが、誤りがあれば教えてください。
catbird | URL | 2012/01/07/Sat 02:01[EDIT]
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