特殊相対性理論の出発点|光速度不変の原理について1分動画で解説

光速度不変の原理 自然科学
「光速度不変の原理って何? 走ってる車から光を出しても光の速度は変わらないの? 物理学ってなんだか難しそうだな…」

こういった疑問に物理学修士の筆者が答えます。

結論

光速度不変の原理とは簡単にいうと、走っている物体から光を放っても光の速度は変わらないし、逆に光の方向に走って行っても光の速度は変わらないという原理です。詳細は本記事にて解説します。

本記事の参考文献

本記事の内容

1.観測者が止まっている場合

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特殊相対性理論「光速度不変の原理」##物理 ##tiktok教室

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ボールの速度

ボールの速度(速度合成)

上写真のように、車が速度v1で走っていて、その上でボールを速度v2で投げたら、観測者見れば、ボールは速度v1+v2で向かってくるように見えます。このように、車の速度とぼ―ルの速度を足すことを速度合成の法則といいます。

音の速度

音の速度(波の速度)

上写真のように、車が速度v1で走っていて、クラクションでv2の速度の音を鳴らします。観測者から見れば、音の速度はv2で向かってくるように見えます
なぜ音の速度がv1+v2に見えないかというと、音は波なので、速度合成の法則に当てはまらないからです

光の速度

光の速度(波の速度)

上写真のように、車が速度v1で走っていて、v2の速度のライトをつけます。光も波の性質を持っているので、観測者から見れば、光の速度はv2で向かってくるように見えます。

「いやいや、これじゃあ、光速度不変の原理じゃなくて、波の速度不変の原理じゃないか!」と思うと思います。次の章でモヤモヤが解消するので安心してください。

2.観測者が動いている

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特殊相対性理論「光速度不変の原理2」##物理 ##tiktok教室

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ボールの速度

ボールの速度

上写真のように、車が速度v1で走っていて、地上の人がボールを速度v2で投げたら、車に乗っている観測者見れば、ボールは速度v1+v2で向かってくるように見えます

音の速度

音の速度

上写真のように、車が速度v1で走っていて、地上にあるスピーカーから速度v2の音を放ちます。車に乗っている観測者から見れば、ボールと同じで音の速度はv1+v2で向かってくるように見えます。

光の速度

光の速度(光速度不変)

上写真のように、車が速度v1で走っていて、地上にあるランプから速度v2で光を放ちます。車に乗っている観測者から見れば、光の速度はv2で向かってくるように見えます。ボールや音は速度がv1+v2に変わったのに、光だけ速度がv2と変わらなかったです。これが光速度不変の原理なのです。

3.なぜ光速度不変なのか

なぜこんなことが起きるのかというと、動いている物体は時間が経つのが遅くなるからなのですあなたも車を運転している時と、地上にいる時は時間の流れ方が違うのです。これがアインシュタインが特殊相対性理論で出した結論の1つなのです。

↓アインシュタインの特殊相対性理論の結論は↓

↓さらに光速度不変の原理について知りたい方は↓

↓さらに物理学について知りたい方は↓

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