空間と時間の概念(2)2019年05月17日

1905年にアインシュタインは特殊相対性理論の論文を発表した。原題はZur Elektrodynamik bewegter Körper(運動物体の電気力学)という。冒頭で磁石と電線の間の電磁相互作用(ファラデーの電磁誘導)を例にとって、磁石の運動と電線の運動との相対運動による発電が論じられる。磁石が動く場合でも電線が動く場合でも電線に発生する電流は同じであり、識別できない。このことからニュートンの法則の成り立つ座標系(慣性系)においてどのような座標系から眺めても電磁気あるいは光の法則は変わらないという推論が立てられる。これを相対性原理と呼ぶ。この推論を展開する前に、1905年の論文以前の考え方について振り返ってみる。19世紀までは電磁波(光)を伝える空間にはエーテルという仮想物質の媒体が宇宙に満ちていると考えられていた。静止したエーテルの中では地球がある絶対速度で運動している。静止したエーテルの中を光(電磁波)がマクスウェルの電磁波方程式に従い、光速cで伝播する時、地球は動いているので地球から光を見れば、その速度はcとは違っているはずであると考えられた。そこで1880年頃マイケルソンとモーリーがその光の速度を測定した。その結果、光はどの方向を測っても同一の速度cであり、予想外の結果となった。これから考えると地球が静止していなければならない。宇宙の中で天体はどれも動いているのに地球が静止していたら中世の考え方に戻ってしまう。そこでこれを説明するためにローレンツは1892年に長さの収縮を唱えた。これは物体がエーテルの中を速さvで走るときこの物体が走る方向の長さは√(1-(v/c)²)だけ縮むとする。これがローレンツ収縮(変換)である。しかし彼はまだエーテルという仮想媒体を想定していた。アインシュタインはこれより少し後に同じローレンツ変換を導出したが、それはマイケルソンらの実験結果に帳尻を合わせるための式ではなく、相対性原理と光速一定の原理の2つを矛盾なく両立するために導出したものである。アインシュタインがマイケルソンの実験やローレンツ収縮を参考にしたのかどうかはよくわからない。ただアインシュタインの理論にはエーテルという仮想媒体を必要としなかった。またアインシュタインよりも早くポアンカレは同様な相対性原理に到達してエーテルが検出できないこと、ローレンツ収縮や速度により変化する質量、光速が越えられないことなどに気付いていたようだ。このように先駆者は混沌としているが、1905年のアインシュタインの論文にはそれまでの先行研究の引用文献がない。それは論文の独自性を主張している。

コメント

コメントをどうぞ

※メールアドレスとURLの入力は必須ではありません。 入力されたメールアドレスは記事に反映されず、ブログの管理者のみが参照できます。

※なお、送られたコメントはブログの管理者が確認するまで公開されません。

名前:
メールアドレス:
URL:
コメント:

トラックバック