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物体の移動が光速に近づくと重くなったり短くなったりとかするそうですが、速度は...

kak********さん

2016/12/1423:39:31

物体の移動が光速に近づくと重くなったり短くなったりとかするそうですが、速度は相対的なものであるとされているのに、何を基準に光速と比較するのですか?
物体とは別の観測者にとってはそう見えるのだとしても、物

体が等速度であれば観測者と同じ条件だと思うのですが。

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catbirdさん

2016/12/1505:17:23

真空中には、速度の基準となる「相対的静止系」があります。それを基準にして高速で移動すると、時計は遅れ物質はローレンツ収縮します。

ニュートンのバケツの回転速度に応じた凹凸差が水面に生じます。ですから、私は静止系がありそれを基準としてバケツの回転速度を特定出来ると考えます。

その静止系は「ヒッグス粒子のプール」です。その中を物質が動くとヒッグス粒子が生じ、物質にまとわりつき動き難さを与えられます。その中で加速すると、物質にはGが掛ります。

バケツが「ヒッグス粒子のプール」と同じ中心かつ速度で回転するならば、バケツの水面の水には慣性質量が与えられないので外側に飛び出そうとはせず、水面は平なままです。

「ヒッグス粒子のプール」の中をバケツの水が回転すると、ヒッグス粒子が生じ水に慣性質量が与えられます。与えられた慣性力により、水はそのまま外に飛び出そうとします。しかし、バケツの内面に抑えられ内面に盛り上がり水面に凹凸差が出来ます。

超ひもは、宇宙の相転移により結びつき網状に繋がりました。物質や光は振動として「超ひもの網」上を伝わります。超ひもの振動自体が光速です。光はヒッグス粒子に邪魔されず、そのまま光速で伝わります。しかし、物質は「超ひもの網」上を伝わるとヒッグス粒子が生じまとわりつき動き難さを与えられるので、光速未満でしか伝わることが出来ません。

これで、光速度が速度の上限であることを上手に説明することが出来ます。この様に、「超ひもの網」と「ヒッグス粒子のプール」は同じ位置にあります。そしてこれが「相対的静止系」です。

物質が「相対的静止系」の中を移動すると質量が与えられ、加速するとGが掛るので、これが運動の基準となっています。

しかし、「相対的静止系」である「超ひもの網」や「ヒッグス粒子のプール」が、空間中をどれだけの速度で移動しているか分かりません。ですから、これは相対性理論が否定する「絶対静止系」ではありません。

高速で移動する物質には2つの変化が起こります。「物質変化の遅れ」と「ローレンツ収縮」です。このために、高速移動すると「時間と空間の座標」が変化します。

先ず、前者から説明します。物質は、光速に近づくほど加速し難くなります。これは、カウフマンの実験で実証済みです。また、加速器の実験で普通に見られる現象です。

これは、何故でしょうか。
物質を動かす重力・電磁力・強い力・弱い力の4つの力もケージ粒子が物質間を光速で往復することで生じます。物質自体が高速で移動すると、ケージ粒子の往復に要する時間が伸びます。光速では無限大となり力は働きません。

この様に、物質が高速になるに従って、物質を動かす力は働き難くなるので、動かし難くなります。
物質の質量増加 これを相対性理論では、m=m0/√(1-V^2/C^2)と表わします。m=V㎞/秒で移動する物質の質量・m0=静止時の物質の質量です。
V㎞/秒で移動する物質は、質量が1/√(1-V^2/C^2)倍に増えた様に振る舞うと表現します。但し、実際に質量が増加する訳ではありません。静止時に比べて√(1-V^2/C^2)倍しか動かなくなったので、その様に表現するのです。
V㎞/秒で移動する粒子を、進行方向に向かって上下左右方向へ動かします。その方向へ動かせる限度は√(C^2-V^2)㎞/秒までです。この時、粒子の速度は、√{V^2+(√(C^2-V^2))2}=C㎞/秒となります。これ以上粒子が、上下左右方向へ動けば、その速度は光速を超えてしまい矛盾します。
静止時には、その方向へはC㎞/秒まで動かすことが出来ました。従って、V慣性系では、静止時の√(C^2-V^2)㎞/秒÷C㎞/秒=√(1-V^2/C^2)倍しか動かせないことが分かります。

この通り、高速で移動する時計を構成する粒子は、静止時に比べて√(1-V^2/C^2)倍しか動かないので、この時計は1秒間に√(1-V^2/C^2)秒を刻む様になります。これを、相対論では
①t’=t*√(1-V^2/C^2)
と表します。

次に「ローレンツ収縮」です。
V㎞/秒で移動すると、物質は進行方向へ√(1-V^2/C^2)倍収縮します。
電子は、原子核の周りを高速で回転し、その遠心力と原子核に引き付けられる電磁力の釣り合う一定距離を保っています。原子が高速で移動すると、電子は回転し難くなりそれに掛る遠心力は弱まります。その為に、電子は原子核の電磁力に引き付けられ小さな軌道を回り、原子自体が収縮します。その為に、物質は「ローレンツ収縮」します。

Vm/秒で移動する慣性系では、定規が進行方向に√(1-V^2/C^2)倍収縮します。この定規を使うと、距離は逆に1/√(1-V^2/C^2)倍長く測定されます。観測者自身が、その間にVtメートル移動しているので、距離はその分短く測定されます。
従って、
②x'=(x-Vt)/√(1-V^2/C^2)
です。左右上下方向の変化はありません。ですから
③y'=y、④z'=z
です。

また、静止系は存在します。
少し前に、ヒッグス粒子が発見され話題になりました。空間は何もない入れ物ではなく、そこにはヒッグス場があります。そして、物質がヒッグス場上を移動すると、ヒッグス粒子が生じ物質にまとわり付きます。その為に、物質は動き難くなり質量を与えられます。
即ち、この「ヒッグス粒子のプール」が静止系です。物質が「ヒッグス粒子のプール」の中を移動すると質量が与えられ、その中で加速するとGが掛かるからです。

この静止系を基準にすれば、物質の絶対速度Vを特定することが出来、①から④に入れると、その慣性系の時間と距離を求めることが出来ます。

時計と定規がこの様に変化すれば、全ての慣性系で生じる電磁力の強さは同じと観測されます。
V㎞/秒で並走しながら、粒子同士が電磁波を交換し合うと、電磁波の往復距離は横(進行方向)1/(1-V^2/C^2)縦(上下左右方向)1/√(1-V^2/C^2)倍に伸びます。
しかし、V㎞/秒で移動する物質は、進行方向に√(1-V^2/C^2)倍ローレンツ収縮します。移動する地球全体がローレンツ収縮するので、電磁波の往復距離は横1/√(1-V^2/C^2)倍・縦1/√(1-V^2/C^2)倍と同じになります。
従って、電磁波の往復時間は、静止時に比べて、横縦共に1/√(1-V^2/C^2)倍となります。

一方、V㎞/秒で移動する時計は1/√(1-V^2/C^2)秒間に1秒を刻みます。従って、V慣性系では、電磁波(光)は静止時と同じ時間で物質間を往復します。その為に、生じる電磁気力の強さは、静止時と同じと観測されるのです。
これを「特殊相対性原理」と言います。

高速で移動する球体の物質は「ローレンツ収縮」するので、静止系からは形がひしゃげて見えます。しかし、その慣性系では、ひしゃげた形が球体と定義されます。

電子の形は一つです。様々な形の電子が存在する訳ではありません。しかし、それぞれの慣性系で距離の定義が異なるので、慣性系毎に異なる形と定義されるだけです。

この様に、高速移動すると時間と空間自体が変化する訳ではありません。
時間と空間は、他のより基本的なもので構成することが出来ません。つまり、時間と空間は構造を持ちません。従って、構造を持たない時間と空間が変化する仕組みは、未来永劫に解明出来ません。
それに比べて、物質はより基本的なもので構成することが出来ます。分子を原子で、原子を素粒子で、素粒子を超ひもでと言った具合です。物質は構造を持つので、回答のとおり、それが変化する仕組みを説明することが出来ます。

高速移動すると粒子は動き難くなるので、時計が遅れ定規が収縮するのです。その為に、高速移動する慣性系では、時間と空間の座標が変化するのです。

高速移動すると、時間と空間自体が変化すると主張される方は、是非その仕組みを答えて見て下さい。そうすると、その仕組みは答えられないことが分かります。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://www.geocities.jp/labyrinth125064/kousokudeidousitatokinobuss...

  • 質問者

    kak********さん

    2016/12/1605:06:30

    大変詳細な回答をありがとうございました。

    折角なのに申し訳ないことですが、私は数式が全く解りません。
    でも漠然とではありますが「物質変化の遅れ」と「ローレンツ収縮」がどんなものか知ることが出来ました。
    そして「ヒッグス粒子のプール」が静止基準であるわけですね。
    絶対か相対かはともかく基準となる静止系が無ければ光速の壁という上限も無いのではという気がしていたんです。

    あ、「物質変化の遅れ」と「ローレンツ収縮」が起こる高速とは別の慣性系からの観測ではなくて、相対的静止系基準の速度ということでよいのでしょうか?

    時間と空間が構造を持たないというのもなんとなくわかります。
    時間は何かの変化を目盛にした概念みたいな感じですし、空間はそれこそ構成するものが空だということでしょうか。
    ん、でも膨張宇宙って空間自体が膨張ではないということですか。また重力は空間の歪みだとか聞きますけど。

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yuk********さん

2016/12/1509:13:45

観測者からの相対速度で光に近づくとそう見える。
光速で動いている物体視点だと短くも重くもなっていない。

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ita********さん

2016/12/1423:59:24

Aさんが長い物差しと時計を持って居ます。
むこうにいるBさんも全く同じ物差しと時計を持っています。
Aさんは止まったままでBさんがこちらに走り出しました。(等速運動で)

BさんがAさんの前を通るときに、AさんはBさんを観察します。このとき、
Aさんが自分の物差しで相手の物差しの長さを測ると、長さが縮んで見えます。
また、Aさんは自分の物差しと時計を使って目の前のBさんの早さと、光の進む早さを比較する事が出来ます。
Aさんのじぶんの物差しと時計を基準にした世界では光は高速で進むし、物理法則は成り立つし、Bさんは縮んで見える。更にはBさんが重くなって見える。

逆にBさんの立場になってみると、動いているのはAさんの方です。自分は止まっています。
BさんもAさんが前を通るときに相手を観察します。すると、
当然自分は動いていないのでBさん自身は縮んでも居なければ重くもなっていないように見える。
むしろAさんのものさしが縮んで見える。
Aさんが運動して重くなっているように見える。

ものの長さも重さも、「見る人にとってそう見える」というだけで、「絶対的に長さが短くなる」「絶対的に重くなる」というわけではありません。

だからAさんBさんはお互いが縮んで重くなって、さらには相手の時計が遅れているように見えて、自分自身は何の変化もないように見えます。

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ミントさん

2016/12/1423:52:51

光速不変の原理
光速の壁

光速がこの世の最高速度だから。
以前に光速より早い物質が見つかったとテレビでやってましたが、
あれも実はあとからニュースで、光速を越えられていなかった。
と報道されています。

アインシュタインによると、
つまりは""相対論だから""
見る立場によって違って見えるのは不思議なことではない。
ということです。

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