物理理科統計力学・相対性理論

5分でわかる「マイケルソン・モーレーの実験」相対性理論を導くことになったこの実験を理系ライターがわかりやすく解説

マイケルソン・モーレーの実験:その3

マイケルソン・モーレーの実験:その3

image by Study-Z編集部

これにより光路差Δaは上記式4と求められます。次に装置全体を90度回転され、鏡M2の方向が地球の進行方向になるようにしましょう。この場合の光路差Δbは今までと同様にして式5となります。よって、この二つの光路差の差δは近似的に式6となるはずです。したがって、90度の回転によってこの光路差分だけ干渉縞は移動することになります。しかし、マイケルソンとモーレイの行った実験では、干渉縞は有意に移動することはありせんでした。また、それは季節によって変化することもなかったのです。

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マイケルソン・モーレーの実験:その4

マイケルソンとモーレイはこの実験結果から、地球のエーテルに対する速度vは秒速5km以下であることを示しました。ちなみに、現在のレーザー光線用いた精密な実験では、この値は秒速30m以下となっています。光が絶対慣性系たいしてcの速さで伝播するという第一の立場に立てば、この値は少なくとも公転速度の秒速30km以上でなければなりません。さらに、公転運動による地球運動の方向は冬と夏では反対方向ですので、その差が季節変動として観測されるはずです。

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マイケルソン・モーレーの実験:その5

したがって、マイケルソン・モーレイの実験は、光の速さはどの慣性系でも同じであるという第二の立場が正しいことを明確に示しているのです。光速がどの慣性系でも同じ値であることを光速度不変の原理といいます。この実験から17年後、アルバード・アインシュタインはマックスウェルの方程式をはじめ物理法則はすべでの慣性座標系で同じでなければならないことを明確に認識し、特殊相対性理論を作り上げたのです。

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結局、マックスウェルの予想は外れていたわけだ。科学では予想とは違う実験結果がでることのほうが、大発見へとつながることが多いようだ。

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光速度不変の原理

マイケルソン・モーレーの実験によって、エーテルの存在は確認されませんでした。むしろエーテルが存在しない可能性のほうが高まったのです。しかし、そうするとすべての慣性系において光速度は不変であるという奇妙な原理を認めなけばならなくなります。アインシュタインの偉大なところはこの奇妙な原理が真理であると見抜いたところにありました。

光速度不変の原理が真理であると認めてしまえば、特殊相対性理論は比較的簡単な思考で到達できます。しかし、その結果は常識とは相いれない理論になってしまうのです。そこで常識の方を捨てたことにより、アインシュタインは相対性理論を発明できたのでした。

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tohru123