簡単な相対論入門 (2)

光速度不変の原理

アインシュタインの特殊相対論の出発点は光速度不変の原理である。
これは

真空中で光源の速度によらず光の速度は一定

という原理である(もちろん、真空、空気、水など、物質中を通る場合は、光が屈折するように光の速度は変化する)。このガリレイ相対性原理とも、実体験とも異なる原理を掲げる理由はちゃんとある。
しかし、ここではそれが「電磁波(光)の波動方程式において現れる普遍定数である光の速度が、一体どの観測者(どの慣性系)に対しての速度かわからなかったから」とだけ言っておこう。
詳しくはマクスウェル方程式から電磁波の波動方程式を導くとよい。


光が光速で動いている光源から出ていたらどうなるだろう。

ガリレイ相対性原理にのっとれば、「もともとの光速の速度をcとすれば、2cの速さとなる」と言うだろう。
しかし、これは実験的に棄却されたものである。

光速度不変の原理にのっとれば、「光速は真空ではどの慣性系からみてもcだから、c」というだろう。

実験では、ガリレイ相対性原理ではなく、この光速度不変の原理が正しいことが証明されている。


この原理からは前回話したガリレイ変換とは異なる変換則が現れる。
それがローレンツ変換である。

次回はローレンツ変換の特殊な例から始める。

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