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なんで光って光速で前に進むのですか?

aht********さん

2020/1/2723:47:52

なんで光って光速で前に進むのですか?

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回答数:
13

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ベストアンサーに選ばれた回答

fvt********さん

2020/2/212:54:32

多くの解答が来て、質問者さんが混乱されていると思います。
とくに、静止質量と質量の関係、質量とエネルギーの関係が
あいまいだと、苦労することになります。
以下、箇条書きに整理してみます。

・光には静止質量というものがありません。
・光はエネルギーを持っていて、真空中では一定速度、すなわち
光速で進みます。
・相対性理論によれば、静止質量を有する物質は速度を増すほど
質量が増していき、光速まで加速するには無限大のエネルギー
を注ぎ込む必要があります。故に光速が速さの上限といえます。
・光には静止質量がありませんので、最初から光速で進みます。
・相対性理論では真空中の光速を一定と定義します(下記説明)。
・また相対性理論では、質量とエネルギーは等価とみなします。
・光は静止質量0でも、エネルギーを有しているので、それに
対応した運動量および質量を割り当てることができます。

それでは、なぜ真空中で光が一定速度c=299792458 m/sで
進むかというと・・・
まず、電気と磁気の関係を整理していたマクスウェルが、
電磁波の伝播速度が当時観測されていた光速と一致し、光も
電磁波の一種であることを見抜きました。
マクスウェル方程式の中には、光速cが明確に含まれますが、
それまでの物理学では、運動している系ごとにcが変化して
マクスウェル方程式が成立しなくなってしまいます。
ところがどんな慣性系で観測しても光速cは変化しないという
結果しか得られず、マクスウェル方程式の修正を考えていた
物理学界は混乱します。
その時アインシュタインは、思考実験の結果から、むしろ
マクスウェル方程式は正しくどんな慣性系でも成立すると考え、
逆に速度の足し算(ガリレイ変換)による相対性原理を見直して、
真空中の光速度cが一定とする新しい相対性理論を提唱しました。
実際cが一定とすると、物理学の法則が極めて単純化します。
また、真空中の光速cを上回る物体や波の存在について、
実験による証明も行われていません。

それを踏まえたうえで、さらになぜと問われれば、観測結果が
それを示している、としか言いようがありません。

質問した人からのコメント

2020/2/2 22:30:47

詳しい説明ありがとうございます

ベストアンサー以外の回答

1〜5件/12件中

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2020/1/2919:47:25

猫さん、落ち着いてください。光には運動量mvがあるので、質量mはあります。そのことを説明します。

相対性理論では、「①光子の静止質量=0」とします。ですから光子は、真空中を光速度cで移動できます。一方実験的には、①の思考に疑問が残っています。

それは以下のとおりです。
光の一種であるX線を電子に衝突させると、電子は弾かれ運動量が増加します。一方跳ね返った光は、周波数vが低くなり運動量が減少します。そして、衝突前のX線と電子の運動量の合計と、衝突後のX線と電子の運動量の合計は等しく、光子と電子の運動量は保存されます。これを「コンプトン効果」と言います。

光子の運動量P=hv/c (h=プランク定数、v=周波数、c=光速度)
です。そして運動量P=mvなので、光子の運動量P=mc (m=速度cで移動する光子の質量) です。
相対性理論における質量増加の式「m=m0c/√(1-v^2/c^2) (m=vで移動する物体の質量、m0=静止質量)」に従うと
光子の運動量P=mc=m0c/√(1-v^2/c^2)=0c/0です。数学上0で割ることは出来ませんが、静止質量m0=0なら幾ら高速で移動してもその質量は0のまま増えようがありません。つまりm=0となります。

もし、cで移動する光子の質量m=0ならその運動量Pも0となり、光に運動量Pは無いことになります。
これでは「コンプトン効果」は起こりません。
しかし実際には「コンプトン効果」が起こるので、「背理法」により光に運動量Pがあることが分かります。

したがって、光の運動量P= hv/c=mcです。∴②m=hv/c^2です。このとおり「光子の質量m≠0」です。
そして、銀河の「磁位ベクトル」を用いた最新の計算でも、光子の静止質量m0の上限は「10^-14eV/c^2」とされています。決して「光子の質量m=0」ではありません。

しかし、光子に静止質量m0があれば、真空中の光が光速度cで移動することはできません。

この「光子パラドックス」を、どの様に解法したら良いのでしょうか。
CB理論では、「③光子の静止質量=hv/(c^2*∞)=無限小」とします。これは、光子の静止質量を0として計算するのと同じなので、光は真空中を光速度cで移動することが出来ます。

また②③より
速度cで移動する光子の質量m=m0/√(1-v^2/c^2)=(hv/c^2*∞)/√(1-c^2/c^2)=(hv/c^2*∞)/0=(hv/c^2*∞)/(1/∞)=hv/c^2です。
※相対性理論における質量増加の式「m=m0/√(1-v^2/c^2)」を使いました。
※光子には無限小の静止質量があるので、光子は真空中を無限に光速度cに近い速度で移動します。ですから√(1-v^2/c^2)=0ではなく、√(1-v^2/c^2)=1/∞=無限小です。

したがって
・④光子の運動量P=mc=(hv/c^2)c=hv/c
です。
これで、光子は運動量「P= hv/c」を持つことが分かりました。そして、「コンプトン効果」も、光の運動量「P= hv/c」として運動量保存の計算をします。これで、「光子パラドックス」が解消されました。これを「光子パラドックスのkothimaro解法」と言います(2019/08/23pm23:16)。

光の推進力F=ma=(hv/c^2)aです。m≠0なので、光は加速度aを持つことが分かります。そして光の加速度は、プランク時間tpに光速度cに達するものです。したがって、「⑤光の加速度=c/tp」です。∴
・⑥光の推進力F= (hv/c^2)a=(hv/c^2)(c/tp )=hv/c*tp
です。
一方
・⑦光に作用する万有引力F’=GMm/r^2=GM(hv/c^2)/r^2です。

光子に、推進力Fと万有引力F’が掛かります。力はベクトル量なので、この2つの力の合成は「ベクトルの加法」にならいます。∴力の合力により、重力により光の速度は遅くなります。

そして、光の推進力F=万有引力F’になると光は止まります。それが重力により光さえも脱出出来なくなる「ブラックホール」です。そうなるのは、プランク質量mpからプランク距離lpの位置です。その時
光の推進力F=(hv/c^2)(c/tp)=万有引力F’=GM(hv/c^2)/r^2=Gmp(hv/c^2)/lp^2、c/tp=Gmp/lp^2=G√(ħc/G)/√(ħG/c^5)^2=√(c^7)/√(ħG)=c√(c^5/ħG)=c/√(ħG/c^5)=c/tp
です。

これで、光が重力により脱出出来なくなるのは、「プランク質量mp」から「プランク距離lp」の位置であることが証明されました。

ニュートンの万有引力の法則「②g=GM/r^2」に「kothimaro半径=√(GMtp/c)」を代入すると
②g=GM/r^2=GM/√(GMtp/c)^2=c/tp
です。このとおり、kothimaro半径では、重力加速度g=光の加速度c/tpとなるので、光も脱出出来ません。

詳細は、下記ホームページを参照ください。
http://catbirdtt.web.fc2.com/kousinoseisisituryou.html

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2020/1/2914:39:44

ごく分かりやすく言うと、質量がないからです。

質量がないから、ちょっとしたエネルギーをあたえられても、全力で進んでしまうのです。

返信を取り消しますが
よろしいですか?

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2020/1/2910:10:26

1人の回答者の

>光はそういう性質を持ったもの

これを言ったら終わりでは?
世の中の物全てそうなるじゃん

こーゆー中身の無い回答って
知恵袋イチ
呆れる

若竹彦さん

2020/1/2819:09:17

光は、この宇宙の最高速度である光速度cで進みます。そのことを説明します。

「何ものも光速度を超えて移動することは出来ない。(アインシュタイン博士)」

どうして、速度の上限は光速なのでしょうか。では、光とは何でしょうか。光は粒子でしょうか、それとも波でしょうか。それを考えるには、何故光は光速を超えて進まないのかがヒントになります。光が粒子であれば、更にエネルギーを加えると、幾らでも速く動きそうです。しかし、現実にはその様なことは起こりません。それは何故でしょうか。

現在の物理学では、「超ひも理論」が最も有力視されています。そして、宇宙を次の様に想定します。
宇宙開びゃくの瞬間、宇宙は非常にエネルギーの高い状態にあり、個々の「超ひも」は自由に空間を動き回っていました。しかし、宇宙のエネルギーが、100GeVになった時、「超ひも」は第三回目の相転移を起こしました。相転移とは、水蒸気が冷えて氷となる様な現象を言います。水蒸気として自由に動き回っていた水の分子は、冷えて相転移を起こし氷の分子として固定され、もはや自由には動き回ることが出来なくなります。

ここからは、オリジナルです。
ビッグバンの初期には、「超ひも」は光速を超えて自由に移動していました。しかし、宇宙のエネルギーの低下に伴い、宇宙は相転移を起こし、「超ひも」は固定され網状に繋がったと考えます。

そして、その「超ひもの網」の上を、物質や光及び重力・電磁力・強い力・弱い力の4つの力は、振動として伝わると考えます。つまり、物質が移動して見える現象は、実は超ひもの物質としての振動が、次々と隣の超ひもに伝わる現象であると思います。そして、「超ひも」の振動自体が光速で伝わるので、何ものも光速以上で伝わることは出来ないのです。

超ひも理論では、物質も光も一本の超ひもの振動として表現されます。超ひもの長さをプランク距離Lと言います。振動が超ひもの端から端まで伝わるのに要する時間をプランク時間Sと言います。超ひもの振動は光速Cで伝わります。従って、
光速C=プランク距離L÷プランク時間S=L/S= 1.616199×10-35m÷5.39106×10-44秒=299,792.5㎞/秒となります。

ここで注意したいのは、1本の超ひも上を光は光速で振動として伝わることです。そして、真空中も同じ光速で光は伝わります。これは単なる偶然でしょうか。
真空中には、超ひもが繋がったものがあり、その上を光はそのまま光速で伝わっていると考える方が自然です。

上記で述べた通り、幾ら光の質量が0でも、光が粒子なら、エネルギーを加えると更に幾らでも加速するはずです。なぜ、光の速度は299,792.5㎞/秒が限界なのか、そのヒントは1本の超ひも上を伝わる光の速度が光速であることにあると考えます。

本来は、物質も光と同様に光速で「超ひもの網」上を伝わろうとします。しかし、「超ひもの網」である空間にはヒッグス場があり、物質がその中を移動すると、ヒッグス粒子が生じ物質にまとわり付き動き難さである質量を与えます。その為に、物質は光速未満でしか動くことが出来ないのです。

※ヒッグス粒子が物質にのみ作用し光に作用しない仕組みは、「超ひも理論」を参照してください。

私は、この理由により物質は光速未満でしか移動出来ないと考えます。相転移する前の宇宙は、超ひもが繋がっておらず、自由に飛び回っていたので、光は光速を超えて移動することが出来ました。インフレーション理論でも、宇宙開闢の一瞬あらゆるものは光速を越えた速度で飛び散ったと考えます。その後、宇宙は相転移し、超ひもが網状に繋がったので、光は光速で真空中を伝わる様になりました。

この様に、光も物質も全てのものは「超ひもの網」上を波として表されます。超ひもの振動自体が光速cで伝わるので、何ものも光速を超えて移動することが出来ないのです。

まとめると、宇宙開闢のごく初期の光速を超えて膨張した時や、地球から遥か遠く離れ光速を超えて膨張している部分では、「超ひもの網」が形成されていないので、個々の「超ひも」は物質や光等として振動しながら、光速を超えて自由に動き回ります。

一方、「超ひもの網」が形成されている時や部分では、物質や光はその上を振動として伝わり、その振動自体が光速なので、「何ものも光速を超えて移動することが出来ない」のです。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://catbirdtt.web.fc2.com/hikarinosokudogakousokudearuriyuu.html

okd********さん

2020/1/2818:18:42

懐中電灯知らないの?

後ろに進めば豆球の根元に集まり

懐中電灯が発明できなかったでしょ。

懐中電灯がなかったら光の速度もわからなかったんだよ。

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