一つ思いつきました。これって大発見じゃないですか? もしもの話です。100KM/時で進む列車があたとします。

物理学 | 天文、宇宙206閲覧xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">50

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まず光の速さについて、電磁場に関する基本的な方程式(マクスウェル方程式)を通じて、観測者の速度によらず光速Cが不変だという予想がなされていたり、実験からもそのような結果が得られていました。(マイケルソン・モーリーの実験など) そこで、どの観測者から見ても光速Cが不変だということを前提にして導き出されたのがアインシュタインの特殊相対性理論です。 観測者がたとえ時速1億kmで動いていても、静止していても、光は同じ速さC(時速約11億km)で観測されます。 それはなぜか。簡単に言うと、物体の速度が大きくなるほど空間(距離)が縮み、時間の流れが遅くなるからです。「速さ=距離÷時間」なので、光速(速さ)が不変ということは、「距離が縮む」と「時間の経過が遅くなる」が一体的に起こるということです。 (ただし、動いている観測者本人は空間や時間の変化を感じ取ることはできません。静止している観測者からは、そう見えるということです。あくまで速度に差がある観測者が「相対的」に観察できるものです。) この考えに沿うように物体の速度を定式化すると、他の回答者さんの書いたとおりの式(単純な足し算ではなく速度がCに近づくにつれて速さの伸びが鈍くなるような式)となり、質量をもった物体が光速Cに到達することはできなくなります。 なので、電車が光速ギリギリまで加速し、その中を時速20kmで走ったとしても、光に追いつくことはできません。 ①電車に乗っている本人にとっては、光は速度Cで観測されます。 ②周りで見ている人にとっては、光は速度Cで観測され、電車も中の人もCより少し遅い速度で観測されます。 ①と②を比べると、光と電車との距離に差があるように感じられますが、それは②の人にとっては光と電車との距離がとても縮んで見えるからです。

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速度の合成則で検索してください。 速度uと速度vの合成はu+vではなく (u+v)/(1+uv/c^2) ※cは光速 となります。 相対性理論では速さが光速に近づくほど時間は遅くなり長さは縮みます。 速さというのは距離÷時間ですよね。 しかし速さによって距離が縮み時間が遅くなるとなると、速度の合成は単純な足し算にはならないんです。 そしてこの合成則に従って計算すると uとvがc未満である限り、どんな値を当てはめても答えは必ずcより小さくなります。 これはつまりどんなに加速しても決して光速には届かないということになります。 どんなものも光速以上にはならない、というのはこのためです。

光速は秒速299792458mです。 その質問の例で言うと、 秒速299792455mで走る電車があるとして その電車の中で秒速3m以上で走ることができない、のではないのです。 その電車の中では秒速3mでも5mでも走ることはできます。 しかしそもそもその人にとって、自分が乗っている電車が秒速299792455mで走っているという体感はありません。 その人にとっては電車は動いていないんです。だからどんな速さで走ることもできます。 一方、その電車が秒速299792455mで動いていると観測している人にとっては、その中の人がどんな速さで走ろうと秒速299792458m未満にしか見えないんです。