物理の部屋

相対性理論って知っていますか?なんか聞いたことあるけど、、、、?あのアインシュタインが発見した理論で、質量=エネルギーというのは導きだしたものです。なんで質量がエネルギーなのか?、、それは計算式によって導き出され、実施に原子爆弾というのは原子の質量が少し減ったことによって莫大なエネルギーが出るわけで、これによって質量がエネルギーだと証明されたわけです。

実験結果は別として相対論(相対性理論)をみていくとわけのわからないことばかり書いてあります。時間も空間も相対的なもので、絶対なものは無い!我々が いる空間ってのは相対的なのだそうです、う~んわけがわからんですよね。ある空間からみると我々の空間は縮んで見えたりひょっとすると無いかもしれな い。逆に我々の空間からみて他の空間はこう見えるけど、違う空間からしてみれば、また違ってみえる、、空間だけでなく時間もそうだって?時間の進み方がち がってくる、物理の世界ではそういったことが、計算式でなりたち、またその計算式を使って、こういう場合だったらどうなるのか?を想像して、それが実験結 果によって再現されると、その理論が正しいということになります。

これはどんな理論かというと、非常に難しいことのように言われていますが、非常にシンプルなものなのです。計算式も非常にビューティフル!こんなに簡 単で良いの?って感じです。難しいのは概念だけです。「時間が縮む」とか「空間が縮む」とか「物事すべて相対的だ」とか訳のわからん概念の上に成り立つ理 論なのです。「光速度普遍」と いうのが相対論の元になっている基本原理ですが、これもまた不思議な概念です。空間や時間や速度が全て相対的なのにひょっとして世の中に存在しないかもし れない のに。光の速さだけは「普遍」なのです。「相対性理論」ではなくて「光速度絶対性理論」かもしれない、、、

天才アインシュタインが何に気付いたか?
光の速度というのがあります。1秒に約30万キロ進みます。まずこれが普遍であること、それから光の速度に近づくとものが縮むということこれをローレンツ 収縮といいます。ローレンツさんが発見しました!これと光速度普遍とを組み合わせ、いままでの力学の概念にない質量=エネルギーという式を導き出したので す。

更に時間も進み方がゆっくりになってしまう。光の速度に近づくと運動エネルギーの式がつかえなくなってしまいいます。で質量もローレンツ収縮に反比例して 重くなっていく、、、もしかしてこの質量がエネルギーなのでは?
ではこの質量の増加を式に現すとどうなるのかな?って
ローレンツ収縮の式は√(1ーv^2/c^2)の式で現されます。v^2は速度vの二乗ってことです。cは光速度

エネルギーE=mc^2/√(1ーv^2/c^2)...(1)式

って式をアインシュタインは発見したのです。実際にそれが質量の増え方やエネルギーの式にあてはまり、その上、それまで運動エネルギーとされていた実験結 果によって導き出された運動エネルギーE=1/2mv^2の式も

vが充分に小さいときは近似値の式で

mc^2/√(1ーv^2/c^2)→mc^2+1/2mv^2という式を、導き出してしまったのです。いままで理論ではなかったものを理論によって導き 出し、さらに大きなエネルギーの値でも一致する。

エネルギー=mc^2/√(1ーv^2/c^2)の式は相対速度を考えなければ、エネルギーE=mc^2(cは定数)このc^2は定数ですから、エネルギー単位を変えればE=mとなります。 めちゃめちゃシンプルでしょ?質量というのがエネルギーなんですよ、って言い始めたわけです。実験の予想をたて結果をみてみると、すべての運動エネルギー の式は相対質量に組み込まれて いる。また質量をエネルギー値に変換してエネルギーとして使うことができた(原子力エネルギーです)。さらに宇宙のなりたちまでわかるようになった。科学 者は時空の相対性を認めざるを得なくなったのです。

すべては光速度普遍からきて時間と空間が相対的で質量も相対的、相対質量はエネルギー値と一致したため。時空の相対性は証明された、、、ということになり ました。その後いろいろなことがわかるようになって、わかった内容にも時空は相対だってとりいれなければならないから大変です。

例えば光エネルギーです。光は波の性質と粒子の性質をもっていることがわかっています。では粒子に質量があるか?ということになると光は光速度で進むの で、質量があるものだと光速度に近づくと重くならなければならないので。(1)式の分母がゼロになってしまう。光子の質量は0ということになってしまいま した。......(2)

とにかく時空が相対的で光の速度が絶対というアインシュタインの概念は取り入れないといけない。それまでの物理は古典力学とされアインシュタインのわけが わからないけど次元の高いところから、ものをみて解釈するので、つじつまをあわせるのに概念的にぶっ飛んだもの(思想)が多くなってきました。

これからが本題です。
もう一度、アインシュタインの時代に遡って概念を検証してみないか?違う概念で相対論はなりたたないのか?1つの仮説をたててみないか?あくまでも仮説な ので、この仮説を検証したといって何が変わるということも、何が証明されるということもありません。この仮説によって新たな、数式と実験予測があって、そ れによって予測が当たれば。証明は可能です。しかし今はその段階ではありません。皆さんも100年前に戻って仮説を検証してみませんか?

私がこの仮説を立てたのは高校生の時です。それから物理の道に進もうと思っていたのですが。何故か今は違う道に進んでしまいました。十数年が経過し7年前 に「絶対性理論」というホームページをたちあげ、天才のお猿というハンドルネームで色々な議論をしました。しかし誰一人として1つの概念を理解したものは いませんでした。7年前までは仮説が大きな発見で相対性理論を覆すものだとおもっていました。しかし私の仮説と相対論は基本的には同じなのです。ただ少し 解釈が違うだけ、、、

違う言い方をすれば解釈を変えても相対論はなりたつ、ということです。
仮説の内容は、、、
時空は絶対であり、光子は質量を持つ、、、です。
概念そのものが違いますし、その概念にあわせて相対論を解釈していますので、相対論をある程度理解している人には理解が難しいかもしれません。基本的には 中学生でも理解できる非常にシンプルな仮説と概念です。

では光子に質量をもたせてみましょう!(さてどうなることか?)
光速度は普遍です。質量のあるものは光速度になると質量が大きくなります。光の速度ですから光子という粒子があれば、質量が あっては都合が悪いのです。ですから光子という粒子は確認されていてその質量は0とされているのです。ではここにどんな矛盾があるというのでしょうか?

光にはエネルギーがあります。アインシュタインの式ではエネルギー=質量ではないの?光エネルギーも質量で現すことができるはず、、、さらに運動量も測定できています。また観測者の速度によって光のエネルギーは変化します。これは相対速度によって質量が変化することと同じです。おかしいですね、運動量があってエネルギーがあって、相対エネルギーがある。でも光子に質量があるとすると光速度ではエネルギーは無限大になってしまうから、質量はない。

ここでの仮説、「光子は質量を持つがその位置は不確定である」ようするに質量のある光子の位置というのは、わからないというものです。ぶっ飛んだ仮説ですね。いわばドラえもんのどこでもドアです。ところがこれは電子でも確認されていることなのです。電子は位置も質量もエネルギーも運動量ももった粒子なのですが、原子核から離れたある一定の場所にしか出現しません、これは電子の不確定性といいます。どこでもドアがあるわけです。光が伝わるという広い世界では光子の位置が不確定でaで出現したものがbで現れてその速度が光速度であれば、エネルギーが無限大になるという矛盾はなくなり、光子に質量をもたせることができます。
質量があれば速度もある、エネルギーも運動量もある、それも可能です。また相対エネルギーと相対速度の変化によって光子の質量は導き出すことが可能だと思われます。

質量があればエネルギーはその整数倍の飛び飛びの値のエネルギーしかとりようがないですよね。(量子力学では光のエヘルギーは飛び飛びの値しかとらないことが知られている)光は光速度で伝播するだけで、別の隠された速度を持ってるんですよ。隠れた速度によってエネルギーが違うのです、赤い光は遅いし青は速い、伝播の速度は光速度で、光子の速度は隠れているだけで別なのです。

では時空に絶対性をもたせてみよう

「相対論では時空が相対だという考えでなりたっています、これに絶対性を持たせて相対論がなりたつはずがない」そう思ってしまいますよね、でもそれが可能なのです。逆の言いかたをすれば時間が絶対だからこそ、ローレンツ収縮はおこるのです。私も相対論を根本的に覆す仮説だと思っていました。しかしそうではないのです、時間、空間が絶対だから光速度は普遍なのです。相対論はなりたつのです。

相対論でもいわれていることなのですが、光速度cは定数です。距離と時間の単位をあわせる定数あります、、、いわばマイルとキロ、ジュールとカロリーをあわせる定数のようなものです。
時間が縮んでも空間が変形しても、もしかして時空が存在しなくても光速度は変わらない、それぐらい普遍なのです。相対論の概念は宗教的に解釈されがちですが、これは定数ですから普遍は当たり前なのです。それぞれの慣性系において時間と距離の関係は変わらないということです。地球から月に物質をもっていくと、重さが変化します。また慣性系aから光速度に近い慣性系bに物差しをもっていくと、長さも変化します。時間も変化します。世の中には相対時間、相対距離、相対質量、相対速度があるのですが。それぞれの慣性系で時間と距離の定数は変化しない、それが光速度普遍ということです。

では相対距離、相対時間はどのように変化し測定されるのでしょうか?

時空が絶対だから、(光速度の1/2の場合) 0.5秒の距離を進んだとき、相手の慣性系bでは我々の慣性系aの1秒を進み得ない、だって我々の慣性系aでは距離は0時間は1秒ですから、0.5秒の距離と1秒の時間を進んだらその量は1秒を超えてしまいますよね。だから時間は√3/2しか進むことしかできないのです。これこそローレンツ変換で時間の絶対性を示すものなのです。光速度の1/2のローレンツ収縮は√3/2です。

時間距離が絶対だから必ず同じ時間しかすすまないということはありません、時間のベクトルと距離のベクトルを足した値が一定とするとその成分である距離と時間はまさしくローレンツ変換の式にあてはまるのです。
要するに時間と距離をあわせたベクトルのスカラー(量)は普遍なのです。速度がcosローレンツ収縮率がsinで現すことが可能です。光速度の1/2ではcosθ=1/2でsinθは√3/2になります。この√3/2がローレンツ収縮率でθは位相差、速度による相手の座標の見え方になります。ベクトルのスカラーが変わらないからこそ時空が絶対であるからそこ、相手の座標が短くみえたり時間が遅れたりするのです。

どうでしょうか?ちょっと図がないとわかりにくいかもしれません。しかしこれらのことは明らかに正しく思われます。

相対速度によって時間が遅れるならお互いの時間が遅れなければいけません。また、光速度の0.9倍の速度からみた我々の速度は0.9cです。どちらの慣性系からみても光速度は同じです。0.9cという速度はちっとも光速度に近づいてはいないのです。

では光子に仮想の速度をもたせてみましょう!

仮想の速度 v=c√1-(λ/t/c)^2 (1)  
(tは次元をあわせるための便宜的時間)少し強引ですが   
mc^2=h/λ/c より   m=(h/c^2)/{(λ/t/c)*t}  (2)  
(v/c)^2+(λ/t/c)^2=1より ローレンツ収縮は(λ/t/c)  
運動量P=mv  P=(h/c^2)/{(λ/t/c)*t} × c√1-(λ/t/c)^2
         運動量の近似値=h/λ

となります。

これはド.プロイの公式といって光の運動量を示す式です。

赤方変移といって、観測者による光の波長の違い(エネルギーの違い)が観測されているので、tとvは計算で出すことが可能と思われます。tが無限大の時、 vはcの近似値となり 光子の仮想質量mは0の近似値になりますが。ここで注目していただきたいのはあくまで近似値であって等しくはない。
m=0と v=c とは意味合いが違うことです。0でなければ質量はあるということになります。

光子が他の粒子と一緒で質量があり運動量があり速度をもつ可能性があるのです。

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