] 第9章 同時性の相対性


1 問題

 軌道堤を長い列車が走っているという設定です。

 このとき、(二つの事象(たとえば二つの落雷AとB)があって軌道堤を基準にして同時であるならば、列車を基準にしてもまた同時であるだろうか?)

 という問題を提出しています。

そして、(その答えがどうしても否定的になること)を例をあげて説明しています。

 落雷、AとBはレール上と、その上を走る、列車からの同一地点です。その中点を、レール上はM、列車上はM′としている。落雷の瞬間はMとM′とは同一点上にある。

 M′上に観測者を設定。

 この観測者が(Mにいつまでもとどまっている・・・)とすれば、(落雷AとBからの光線が彼の所に同時に到達することになろう。)

 (しかし実際には(軌道堤から判断して)、かれはBから来る光に向かって急行していくのであるが、Aからの光よりも先行して、その光に後ろから追いつかれるのである。したがって観測者は、Aから来る光よりも先にBからの光を認めるであろう。)

(列車を基準体として用いる観測者は、落雷Bが落雷Aよりも先に起こっている、という結論になるに違いない)


2 考察

(1)問題

(列車を基準体として用いる観測者は、落雷Bが落雷Aよりも先に起こっている、という結論になるに違いない)

考察

 このような結論を出した観測者は算数的には間違っています。

〈例〉

道路上に車が1台ある。その前後に、10mはなれてピストルがある。同時にこれを発射させる。ピストルの弾は同速度とする。

ア 車が停止しているとき

 両方のピストルの弾は同時に車に当たる。

 運転手は、同時にピストルは発射されたと考える。

イ 車が動いているとき

 ピストルの弾は前後して当たる。

 このことから、運転手は、ピストルの弾は同時に発射されたのではない。と考える。

結果 

イの運転手の考え方は間違っています。車の速度を考えに入れていないからです。動いている車は、弾が当たったとき、もはや、ふたつのピストルの中点にはいないのです。前後して当たるのは、ピストルの球の飛ぶ距離に違いがあるからで、ピストルの発射時間の差ではないのです。こんなことは小学校では常識です。

 同じように、動いている列車の観測者は、光を見るときA、B間の中点にいないのです。落雷からの光は、飛んだ距離の違いによって、到達時間に相違が出たのです。けっして、落雷の時間の相違からではないのです。こんなことは算数で考えれば常識です。

 光の速度が速いために、違いが測定できないのをいい事に考え付いたのでしょうか。

 そこで、光の場合を思考実験してみます。

〈例〉

 条件設定

 2万光年離れた二つの星A,Bで同時に落雷があった。

 その星の中点をMとする。 その中点M上にある星Cは、落雷と同時に星Aに向かって秒速500kmで直進する。

 ○ どのようになるかの考察

 1万年後 ふたつの落雷の光は、同時にM点で観測される。これは等距離と同じ速度で光は進むのだから、そうなります。

 では、星Cではどうでしょう。

 星Aの落雷からの光を考えてみます。

 落雷があったときのAとCの距離は、1万光年です。これを、互いに近寄っていくと考えます。その速さは、光速と秒速600kmです。600kmは光速の0.002倍です。

 そこで計算します。

 式  1万÷1.002

 答え 9980.04

 これは、Aからの光が、Cに到達するまでに、CがMから約20光年の距離だけA方向に移動したからです。

 星Bの落雷からの光

 CはBから遠ざかっているので、Bの光の速度から、Cの速度を引きます。

式  1万÷〈1−0.002〉

答え 10020.04

  これは、Bからの光が、Cに到達するまでに、Cは。Mから、約20光年の距離B方向から遠ざかったからです。

結論

 Aからの光は、9980年後に星Cに到達し、Bからの光は10020年に星Cに到達することになります。

 これは、落雷の時間が同時ではなくなったからではなく。星Cの位置が真ん中ではなくなったからです。これならアインシュタイン以前の物理学で十分絶命できます。しかし、同時に光った落雷が、観測者によって、同時でなくなるという考え方は、アインシュタイン以外の物理学では説明不可能です。同時に落雷したのに、1万年後の観測者の状態によって、1万年前の落雷の時刻が変わってしますなどということは、アインシュタイン以外の物理学では説明不可能です。もちろんアインシュタインはこのことを説明していません。

 以下蛇足

 (2)基準体は変えられるか

ア 軌道堤を基準にして考える

 M′はA、Bに落雷したときは、A、B間の中点です。しかし、光が到達したときには、M′は軌道堤に対して移動しているのだから、A、B間の中点ではなくなっています。B点との距離が短くなっているのでそちらからの光が早く到達すると考えられます。(厳密にはちがうので、それは後述)

イ 列車を基準にして考える

 アインシュタインの考え方だと、列車を基準にすると、M′は移動しないので、中点のままのようですが、その場合は、軌道堤が移動していることになります。A、Bが移動しているので、M′はやはりA、B間の中点ではなくなっています。

 ではこのときはどうなるかを考えます。アインシュタイン氏は書いていないので、代わりに私が考えます。光はM′に同時につくが、Mは列車から見れば、Aに向かって急行しているので、Aからのほうが、Mに早くつくことになります。詳しくは省きます。本当はM′が動いているのですから停止させることなどできないのです。

ウ 結論

 基準を変えると、結果がまるで違ってしまいます。

 これは基準を変えることができる、という考え方が間違っているからこのようになったのです。今までも書いてきたように、列車が基準体になると、起動堤が動きます。それは地球が動くことです。月が動くことです。太陽が動くことにもなります。たかだか、列車を動かす電機くらいで、地球や、太陽が動くわけがありません。ニュートンの運動法則とまるで違ってきます。この問題を解決しない限り、軌道堤を基準体にすることはできません。

 これが、この章の含んでいる最大の問題です。列車は走っているという前提ですから、これを静止しているということは間違いです。これを静止と考えてもいいのは、列車内にある物で、この列車と同じ慣性運動をしている物体にのみ適用できることです。この列車と同じ慣性運動をしていない物質や電磁波に対しては、列車は基準体にはなれないのです。

 これがアインシュタインの大きな間違いです。

以下は付け足しです。

 

(3)比較実験 光をピストルの弾にする。

〈条件1〉

 A、B点から、Mに向かってピストルの弾を同時に撃つ。ピストルの弾は同速度とする。真空中で、引力をないものとする。

 弾は慣性の法則で、Mに向かって等速直線運動をする。

 〈光も、空気中では、速度を落としたり、曲がったりするので、弾にこれくらいの条件をつけても光と条件は同じである〉 

(結果)弾は、Mに同時に到達する。

〈条件2〉

 列車が、B点に向かって動いている。

〈結果2〉

 Bからの弾のほうがM´に早くつく。

〈考察〉

 これは落雷の光と同じ結果になっています。

 このことから、ピストルは、Bからのほうが早く発射されたといえるでしょうか。いいえ、いえません。

 これを詳しく説明する必要はないでしょう。A,Bからのピストルの弾と列車の相対速度が違うから、到達時間が、変わっているのです。

 では光の場合はなぜ、到達時間が変わったら、落雷時刻が同時から、同時でない、に変わるのでしょうか。

 これが大きな問題であろうと思われるので、考えて見ます。 

(3)考察 

 

ア 反論1【中点M上に光は同時に到達するか?】

  (落雷AとBからの光線が彼の所に同時に到達することになろう。)

 と、アインシュタインは書いているが、第8章に書いたとおり、地球は、宇宙空間(真空中を)を秒速400kmで複雑な動きをしながら動いています。列車は、秒速28メートルくらいです。

 列車が止まっていて、中点M上に観測者が居続けても、光は同時には観測者に到達しないはずです。なぜなら、アインシュタインは、列車がB方向に動いているならB方向の光が早く観測者に到達するといっているからです。

 軌道堤に対して秒速28mほどの動きに光の到達時間が影響されるなら、秒速400kmで動いている、軌道堤上のMの動きに影響されないはずはありません。

 考え方が間違っています。

 どうもアインシュタインは、地球は見かけ上停止しているという一般的感覚を巧みに使っているとしか思えません。〈いえ、ひょっとして、アインシュタインは地球は止まっていると考えていたのではないでしょうか。なんせ、ニュートンが、物は重いから落ちる、のではなく、引っ張り合うため地球と物がぶつかるのだ、とせっかく考え方を変えたのに、アインシュタインは、古典的考えに戻って、重力として復活させて、物が落ちるという考えを元に一般相対性理論を組み立てているのですから〉彼の論理では、軌道堤は動いていても絶対静止になれるということですから、仕方がありませんが。そうすると、天動説になることは述べました。軌道堤は絶対静止にはなれないのです。あるいは、光は、何物に対しても、光速度cであるという光速度不変の原理を適用するのでしょうか。

イ 反論2【列車上のM′はどのように動いているか】

@ どちらが早いか?地球の自転と比べる

 軌道堤が赤道上を東西に伸びているとします。列車は秒速28m(時速100km)とします。赤道上の軌道堤は、自転のため秒速約350mで西から東に動いています。〈公転やその他の地球の動きは簡略化のためこのさい省いて考えます。アインシュタインが地球の動きを考慮しなかったのと似ていますが、その他の地球の動きは、あとで言及します〉

○ Bが東にある場合、M′は秒速378m〈自転速度350m+列車の速度28m〉でBに向かっているので、落雷の光はBからのほうが早く到達します。

○ 反対にBが西(Aは東)にある場合。M′は秒速322m〈自転速度−列車の速度〉で、東に動いています。したがって、光はAからのほうが早くM′に到達します。

A 軌道堤と、光の方向を考えます。

軌道堤が南北に伸びているとします。

地球の自転のため軌道堤は、横方向に秒速0m〈極点〉〜350m〈赤道上〉で移動しています。したがって、M′もその地点の地表の自転速度と同じ速度で西から東に移動しています。これはM′がある場所によって速度が違います。

 すると、この軌道堤上を、A、B点からM′に向かう光は、落雷の瞬間あった、M′に向かって進むと、M′は横に移動しているためにM′に到達できません。したがって、光がM′に到達するためには、光は南北ではなく斜めに進まなくてはなりません。しかも、AとBでは進行方向に逆の斜めです。Aが北にある場合は、Aの光は進行方向左斜めに、Bの光は、進行方向右斜めです。M′では、くの字に交わります。光跡はX状になります。しかも、緯度が低くなると軌道堤の横方向の速度が速くなるので、軌道堤上を外れずに進むためには、光は、その方向を曲線状に変化させなくてはなりません。したがって直進できません。

 このときは光は、軌道堤上を進むのではなく、他の場所を、直進してM′に当たります。しかし、これは、光が地球上の限られた距離を進むときは、ほとんど一瞬で通り過ぎるため、軌道堤の動きはほとんどないに等しくなるから、観測されないかもしれませんが、もしこの現象〈A,Bから起動堤上を外れずに、M′まで光が進む現象〉があるとするなら現実に存在しなければなりません。地球の複雑な動きを考えると、光が軌道堤のうえを直進するというのは厳密には存在しないでしょう。

 

このことをどのように解釈すればいいか考えてみます。なぜなら、アインシュタインは、このことに言及していないからです。

@ 考え方1 【M′の横方向の動きはないと考える】

 軌道堤を基準体としたから、軌道堤は絶対静止になる。このことから、起動堤の横方向の動きはなくなる。したがって、その上を走る列車の中点M′も横方向には動かない。光は軌道堤上を直進できる。という考え方。

 この場合、前章で述べたように、列車の上にある星や太陽が、軌道堤を中心に回転をはじめることになります。実験中だからといって、星も太陽も軌道堤に対する位置を変えないようにすることはできません。軌道堤に対して、太陽や星の位置が変わるとき、軌道堤が絶対静止だと、太陽や星が動いたことになります。

 これは現在の宇宙の観測事実と合いません。したがって、この論理は間違いです。

 このことから、基準体を起動堤にしたとしても、M′は横方向にも動いているということを事実とするしかありません。これは実際の観測〈地球の自転は観測されている〉とも一致するので、事実と考えられます。

A 考え方2【光の時間】

 光は、M′に向かって斜めに曲がりながら進むと考えるしかありません。これをどう解釈すればいいでしょう。このとき、光のそれぞれの瞬間瞬間の固有の時間が変わって、曲がって見えるけれども、直線である、とするのでしょうか。

 すると、今、全世界で走っている無数の列車のそれぞれの中点M′に対して、光は、見かけ上曲がりながら、本当は瞬間瞬間固有の時間を持っているために、本当は直線になって進んでいるのでしょうか。すると、見かけ上は、列車の上で、光はつねに曲がっているのが観測されることになります。

 太陽の光は、真空中を直進して地球にやってきます。しかし、列車の上を通過するたびに、曲がることになります。

 ところで、光に影響する、列車の上、とはどの辺りまででしょう。1cmでしょうか、100mでしょうか、それとも1kmでしょうか。それとも万有引力のように、無限大でしょうか。

 すると、全宇宙の光はつねに列車の上で曲がるということ、すなわち地球の自転のために曲がるということになります。

 すなわち、この考えは地球上の事実と合わないので、間違いです。

B 結論

 光は、真空中を直進するとアインシュタインも言っています。したがって、光は、軌道堤上を並進し、かつ列車の中点M′に到達することはできません。

3 結論

 このように、地球上の場所や、線路の向きで、光と、軌道堤や列車との関係は大きく変わってきます。そして、地球は自転の速度より、公転の速度のほうがはるかに大きく、銀河の回転による速度のほうがもっと大きく、その他の宇宙の力による動きのほうがさらに大きいことが観測から分かっています。軌道堤上を外れずに進もうとすると、光はぐにゃぐにゃに曲がらなくてはなりません。

 

 なぜアインシュタインの考えが現実に合わなくなったかというと、軌道堤を基準体としたのはいいとしても、それを絶対静止としたのが間違いなのです。

 軌道堤は、その脇に立っている観測者に対して、相対静止なのです。これは共に、地球の運動を、慣性質量が保存しているからです。列車は、その中に座っている観測者に対して、相対静止なのです。これは、列車と乗客が共に列車の慣性運動を共通して持っているからです。

 勝手に、基準体にしたからといって、軌道堤や、列車が絶対静止になるわけはありません。地球が動いているのは観測事実なのですから。

 古典力学が考えたように、光もその他の物の動きも、すべて、絶対運動とし、剛体で測るのではなく、絶対静止空間で測ったら、このような、理屈と現実の食い違いは起こらなくなります。

 

ウ 同時性の相対性1

(軌道堤を基準として同時である事象は、列車を基準とすると同時ではない)

 (観測者は、Aから来る光よりも先にBからの光を認めるであろう。)

このとき(列車を基準体として用いる観測者は、落雷Bが落雷Aよりも先に起こっている、という結論になるに違いない)はほんとうか。

 

 ○ 考察

比較実験

(軌道堤に平行な道路上を左右から走る車についての実験)

 A、B、M点を道路上に平行移動した点を、それぞれ、A”B”M”とします。M”は、列車の中点M′に連動して動くこととします。

 A”、B”から、同時に同速度でM”に向かって走る車XaとXbを考えます。

@ 列車がレールに対して止まっているとき。

M”も移動しないので、車はM”に同時に到達します。

A 列車がB方向に走るとき。

 M′に連動した、M”もB”に向かって動くから、B”から来る車Xbのほうが早くM”に到達します。

B 車がM”に到達した時間の違いの原因を考える。

 アインシュタインの考えでは、M”が動いているときに、車Xbが早くM”に到達したのは、Xbが早く出発したからである、となります。

 小学校の算数で考えると、M”が動いているために、M”が移動し、A”→M”の距離のほうが、B”→M”の距離より長くなったので、Xbのほうが速くM”に到達したと考えます。

 どちらの考えが正しいでしょう。

 簡易思考実験をしてみましょう。

 JR東海道線の静岡駅に新幹線光号がいます。東名高速道路の名古屋と東京に車が待機しています。電波時計で合わせた時計をそれぞれが積んでいます。その時計で同時刻に、3台とも出発します。さてどちらの車が、新幹線に先に合うでしょう。

 1時間後、列車は名古屋にいます。したがって、途中で名古屋の車と、すれ違っています。東京の車は、まだ静岡に着いていません。したがって、東京の車は、光号に追いついていません。したがって、名古屋の車が先に光号に合います。

 この原因を考えます。

 アインシュタインの理論だと、早く合ったのは、名古屋の車が先に出発したからということです。

 算数の考え方だと、車は同時に出発したが名古屋からの車が走る距離が短くてすむからとなります。

 どちらの考えが合理的でしょう。

 名古屋の車は、同時ではなく、早く出発しなければ、早く光号にあえないのでしょうか。そんなことはありません、厳密にあわせた時計で同時に出発しても、早く光号に合えます。それどころか、1時間遅く出発しても早く合えます。

 その理由を考えます。

 東京の車を考えます。東京の車は、列車に追いつくことができません。新幹線は時速200kmです。車は時速100kmです。距離は離れていきます。1時間後、名古屋の車が出発しようとしたら、光号が名古屋に着きました。東京の車は、静岡にも至っていません。距離はかえって離れています。

 明らかに、出発時刻は関係ありません。

 もうひとつこのことから考えてみます。

 東京の車が、出発したにもかかわらず、光号との距離が離れていったことをアインシュタインの法則で考えます。

 光号から離れていったのは出発時刻が遅くなったからだ、と考えられます。東京の車は、出発時刻がどんどんマイナスになります。運転手は、どんどん過去に遡って行きます。

 これは明らかに間違いです。なぜなら、光号が東京駅を出発するたびに、東京の車が過去にさかのぼっていることは現実に起こっていません。追いかけていないからいいという問題ではありません。

 算数の考えだと、光号が走っているために、名古屋の車との距離が実際は短くなり、東京の車との距離は長くなったと考えれば簡単に説明できます。これは現実に毎日起こっています。光号が東京駅を出発するたびに、光号と東京のすべての車との距離は離れて行きます。名古屋の全ての車に対して距離が短くなります。追いかけようが、追いかけまいが関係なくすべての車に対して起こります。

 経験的事実に照らしても、算数の考えが正しいことが分かります。

 

C では先ほどの光と比べてみます。

 列車の中点M′にBからの光が早く到達しているのは車Xbが早くM”に到達しているのと同じ現象です。

 このときアインシュタインは光なら(列車を基準体として用いる観測者は、落雷Bが落雷Aよりも先に起こっている、という結論になるに違いない)ということになるといっています。この考えからすると、車の場合も、Xbのほうが早く出発したということになります。上に書いたとおり、これは明らかに間違いです。早く出発したためではなく、距離が短くなったため、という考え方のほうが正解です。

 したがって、Bからの光が早くM′に到達したのは、列車の中点M′がB方向に動いているからM′とBとの距離が短くなったためです。B点の落雷が早くなったためではありません。

 もし、列車が光速で移動するなら、Aからの光は、永久にM′に到達しません。列車の後ろを光が同じ距離を保ちながら追いかけることになります。すると、アインシュタインの論理でいくと、落雷は永遠の昔に落ちたことになります。

 アインシュタインは、光は特別で、真空中を光速cで動くから、他のものと同じ法則で考えてはならないというかもしれません。しかし、そのときは、他の法則と違う法則で動くということを証明しなければなりません。そして、今までに証明されてあった、上に書いたような算数の考え方が光にだけは適用できないことも証明しなければなりません。もちろん論理だけではなく、経験的事実も踏まえなくてはなりません。

【注:特殊相対性理論では、光は何物にも光速度を取る、となっています。したがって、光速で走る列車にも、光は光速で追いつくということになると相対性理論家は述べています。しかし、前章で述べてように、宇宙線は、大気に当たって、いろいろな粒子を光速ではじき出します。そのとき、光は空気により減速されるので、粒子に追いつけません。これは観測されています。それも毎日、数多くの場所で、数多くの学者によって観測されている事実です。したがって、光速の列車には、空気中では光は追いつけません。だんだん離されていきます。では、真空中ではどうでしょう。いっきいに、光速で追いつけるでしょうか。おそらく、同じ距離を保ったままで追いつけないでしょう。たとえば、カミオカンデで発見されたニュートリノは、超新星の爆発で生まれています。すると、このニュートリノを追っかけてきた、爆発の光はニュートリノに対して光速で、追い越すはずです。すると、光は、ニュートリノの倍の速度で地球に到達することになります。追い越したあとも、このニュートリノに対して、光速で引き離しにかかるからです。追い越したとたんに速度を落として、ニュートリノの前をニュートリノと同じ速度で動くとは考えられないからです。しかし、実際には、爆発の光と、ニュートリノは同時に地球にやってきています。光と物質が併進している証拠です】

 なぜこんなことが起こるのか。やはり、適当に人間が決めた基準〈ここでは地球の表面〉が絶対静止になるという考えが間違っているからです。光は、決して、M点にも同時には着きません。

エ 光と物質の違い

 アインシュタインの法則が正しいとしても、今までの章でも、上に書いたことからでも、光と物質の運動の法則の違いが見られます。

すなわち、物質では、W=V+w、光ではW=cとなります。

このことから、アインシュタインの法則は光には適用できても、物質には適用できないことがわかります。

オ 同時性の相対性2

(すべての基準体(座標系)はそれぞれ固有な時間を持っている)

 このことがどういうことか考えてみます。

 列車と、プラットホームを考えてみます。アインシュタインの考えからすると、列車とプラットホームはそれぞれ別の時間帯を持っていることになります。列車の時間を仮に、10時とします。プラットホームの時間を10時10分とします。動いている列車は時間の進み方がプラットホームと違うので、時刻も違うことになる。

 その条件で、考えます。列車は、10時発です。このとき、この10時は、列車の時刻でしょうか、プラットホームの時刻でしょうか。発車する列車はどちらの時刻で発車すればいいのでしょうか。プラットホームの人は列車に乗ったとたん時刻が変わるのでしょうか。

 そんなことはどちらでもいい。地球上では、実測されるほど時間差は大きくないから、適当でいい、というのが特殊相対性理論でしょうか。

 それぞれに時間を持っているのなら、今というのはなんなのでしょう。

 もし、その違いが1分ほどに広がったときはどうすればいいのでしょうか。

 二つの物体XとYがあります。固有の時間を持っているために、それぞれは、2時間の違いが出ました。この二つが同じ場所に現れました。さてどちらの時間が正しいのでしょう。

 今、西暦2007年5月1日です。地球も太陽も、宇宙も、それぞれに固有の時間を持っていたら、宇宙が生まれてから、今日まで、さまざまな時間経過を持っているはずです。すると、すべての物質は違った時刻にあるはずです。なぜ、宇宙のすべての物質は今という時刻に存在するのでしょう。なぜ、西暦10年の今にあったり、西暦1万年の今の時刻に出現しないで、宇宙の片隅の銀河系の、そのまた片隅の太陽系の、その片隅の、地球の、その上の点にもならない私の時刻になぜすべてが満場一致で現れてくれているのでしょう。なぜ私の固有の時間はほかの人の固有の時刻、たとえば、織田信長の固有の時刻とか、恐竜の固有の時刻とか、あるいは、未来生物の時刻とかに合わせて現れないのでしょう。

 時間が違うということについて、アインシュタインはそれがどういう状態を表すのか、もっと考えなければならないと思います。時間とはなんなのか、なぜ、今と明日が同じ時刻に出現しないのに、基準が違うために違ってしまった時刻だけが、今という時刻に同時に存在するのか。基準が違ったことで、違った時刻、たとえばそのために大きく違って生まれた今日と明日と、自然状態で違った今日と明日はどのように違うのか、それとも同じなのか、基準が違えば、同じ時刻が違う時刻になる、とはどういう状態になることなのか、などをもっと丁寧に説明しなければなりません。

 固有の時刻をそれぞれが持っていても、今という時刻に同時に現れるというのは、理屈にさえ合いません。もちろんそんな現象は観測されてもいません。【注:観測されたという話もあります。それについては、それが出てきたところで反論します】

 これも似非科学の範疇です。いえ、そこまでもいかないでしょう。

 

  表紙    10章 空間的距離の概念の相対性について