アインシュタインの思考実験の考察を少々

五つの思考実験の考察 1：光を追いかけていると想像してみる

※原文
「What would happen if you chased a beam of light as it moved through space?
If you could somehow catch up to the light, Einstein reasoned, you would be able to observe the light frozen in space. But light can't be frozen in space, otherwise it would cease to be light.」

「宇宙を移動するときに光を追いかけたらどうなるでしょうか。
アインシュタインは、どうにかして光に追いつくことができれば、宇宙で凍った光を観察できるだろうと考えました。 しかし、光を宇宙で凍らせることはできません。そうしないと、光が消えてしまうから。」

これらの気づきから、最終的にアインシュタインは、光を遅くすることはできず、常に光速で彼から遠ざかっていなければならないことに気づいた。 したがって、何か他のものを変更する必要がありました。 アインシュタインは最終的に、時間自体を変更する必要があることに気づいた。

それが彼の特殊相対性理論の基礎を築いた。らしい。


彼の思考実験の現実的な在り様を詳しく確認していこう。

まず、『光を遅くできない』という状況を考えてみる。
光は秒速30万kmで進むそうです。
観測者がどのような状態でどちら側に向かって移動していても同じ速さで観測者に向かってくるそうです。
人を観測者として仮定するならば、１日24時間で地球の回転軸を中心に大体一周します。
赤道辺りに居る人は４万km/24ｈ＝おおよそ460m/秒で移動しています。
そしてその地球は太陽の周りを365日で１周します。速度で言うならば9億km/365日程度になるみたいです。
大体１日に250万km移動して30km/秒程度の速さで太陽の周りを回ってます。
更に言うならば太陽系は銀河系の中をこれは観測情報を基に計算したそうですが、大体250km/秒程度の速さで周回しています。
最後に銀河系がアンドロメダ銀河方面に向かってざっくりと色々諸説ある数値の平均値で600km/秒程度の速さで移動しているそうです。
そして光の届く範囲を元にして考えるならば、今現在130億光年程度離れた場所から届く光は計算するとほぼ光の速さに近い速度で後退している事が分かってます。秒速30万kmで我々から後退しているという事です。
この観測結果から、ざっくりと光の半分の速さで移動している可能性が高いと言えるでしょう。
※実際には我々が宇宙の中心に居てまったく動いて無く、遠くの銀河が光の速さで遠ざかってる可能性があります。その反対の可能性も同じぐらいの確率であるでしょう。

光のそのような振る舞いを考えるにシュタイン君の考える『光を遅くできない』という状況はある意味的を得ている考察と言えるでしょう。
でも、ここで問題になるのは、どのような速度で移動していても同じ速さで近づいてくる光が観測者の進む時間によって調節されているというのは無理があるのではないでしょうか？
簡単に言ってしまうと、観測者がとある方向に向かって加速すると、光も一緒に加速すると言っているわけです。
まったく関係ない場所から発した光が観測者が移動するとその移動によって加減速してしまうわけです。
時間が動くからと言って全方向に向かって時間を調節する事で同じ状況が発生するとは思えません。
この検討内容から、光が同じ速度で観測者に近付くためには時間以外の条件が動かなければならない事が分かります。


時間以外の条件が動く…時空間という概念の中で時間以外の何が動くのでしょうか？


続いて彼が考えたありえない状況の光に追いつくという状態を少しだけ考えてみましょう。
これ…光より早く移動する事が前提になってます。
この時点でもシュタイン君が否定した理由になるでしょう。

ちなみに光に追いつくには常時発射し続けている光を背にして加速し続ける事で、最終的に観測者又は観測装置が光の速さで移動し始めた時、同じ速さで移動する事が出来る様になる。

そして光の特性として、『波と粒子の特徴を持つ振る舞いをする』と言った特徴があるので、光は波の様な粒子（粒子の様な波？）として空間を移動し続けているはず。

とりあえず光の存在を定義する名称として波粒（波と粒子の特性を持つイメージの呼称）を使います。
※粒波（りゅうは）では若干問題がありそうだったので波粒（なみつぶ）を使う事にしました。


ではその見え方を例を使ってイメージしてみましょう。


光の波粒を空に浮かびゆっくりと移動する雲とする。

人が雲の粒（水滴）を確認する為には飛行機などの空を移動する乗り物に乗って移動して近づく必要がある。
そして移動している雲の水滴の近くまで行って同じ速さで移動し始める。


その時雲の水滴はどの様に観測出来るのでしょうか？
雲は当たった光で観測（視認）できるが、光を雲と定義して思考する場合、雲の水滴（光の波粒）に何を当てれば光がゆっくり進んでいるのを確認できるのでしょうか？

移動している光を観測できない理由はなんとなく理解できたのではないでしょうか。