今のマイブーム「相対性理論」その1(光速の求め方)

つい先日、とてもドキドキすることがありました。

寿司チェーン店でパックのお寿司を買って帰ったんです。
で、いざ食べようと思うと醤油がついていない！
我が家には醤油がないのです。
醤油をかけない方が身体にはよいかもしれないですが、味的にはやっぱりちょっと……。
どうしたものかとかなりドキドキいたしました。
でも、こんな事態のためにと前にとっておいた使いきりの醤油を発見し、一安心いたしました(前、二つ醤油をもらったときに一つ使わなかったのです)。
過去の自分の念入りさに乾杯です(しょうゆが入っていることを確認しなかった自分と普通に醤油を常備していない自分のことは忘れます)。
ただ、いつから置いてある使いきり醤油かわからないので(普通に電気コンロの横に投げ置いてありました)、食べているときに別のドキドキ感がありましたが……。

なんて出来事があったわけですが、もしもわたしが光の速さで移動できる人間だとしたら、即座にお寿司屋にしょうゆを貰いに行けたわけです。
お寿司の鮮度が落ちるよりも早く。
ということで最近、相対性理論がわたしのマイブームです。
「なにをいまさら」ってアインシュタインさんに叱られてしまいそうですね。

説明の必要なんてないかもしれないですが、相対性理論は特殊相対性理論と一般相対性理論の二つがあります。
それぞれの超簡単な内容は以下の通りです。
※専門知識を持っているわけではないため、本記事の正当性についての責任追及はおやめください

・特殊相対性理論
重力のない慣性系(慣性の法則が成立する座標系のこと)においては光の速度のみが一定であり、その他は時間も空間も一定ではない。

・一般相対性理論
特殊相対性理論を慣性系のみではなく一般系まで広げたもの。

今は相対性理論に至るまでの物理学の歴史についてを本で読んでいます。
相対性理論の一つのキーワードに「光」があるわけですが、その光速を求めるための様々な実験についてですね。
昔は光の速度が無限か有限かという議論もなされていたそうですね。
色々な物理学者や天文学者の方が光速の計測のために様々な実験をしたようです。

そのうちで最も個人的に面白いと思ったのが、イギリスのジェームズ・ブラッドリーさんが行った方法ですね。

走る電車の中から雨を見ると、風がない場合、雨滴は垂直落下しているはずなのに斜めに見える。
その考えと同じで、「望遠鏡内を通る星の光」を雨滴、「地球の公転速度」を電車の速度のようにとらえて光速の測定を行えます。
電車の速度はわかっているから、後は望遠鏡を通る星の光を斜辺とした直角三角形から光速が求められるはず。
でも、ここには一つの落とし穴があります。
雨滴は頭上から落ちてくるけれど、星の光は必ずしも頭上から来ているものではないってことです。
望遠鏡から見えている星の姿は、今実際にそこにある星ではありません。
わたしたちの目から見える日の出が実際には八分前の太陽(太陽から地球に光が届くのに八分かかります)であるのと同じように、星も見えているものと実際でずれているのです。
だから光が来た方角だと思っているものが実際にはそうではないため、当然、誤差が生じてしまいます。
ブラッドリーさんのすごいところは、この事実に気づいた点です。
1700年代当時は、目に見えているものが実際にあるものだって考えが多分、常識だったでしょうから。

ブラッドリーさんはこの天体位置のずれ「光行差」を元に光速を求めたのです。
精度の問題など、求められた値は約301,000,000m/sと実際のもの(現在は299,792,458 m/sとされています)より大きい値に放てしまったものの、光速がとてつもなく高い値でありながら有限であることを証明したのです。

物理学とかの歴史って、謎を解き明かそうとする人間のロマンが詰まっていてとても面白いです。

ここまで書いてきて思ったのですが、タイトルに「相対性理論」って書いているのに「相対性理論」について語っていない。
また別の機会に……(あるかしら、別の機会)。

Wikipedia 相対性理論
Wikipedia アルベルト・アインシュタイン
Wikipedia ジェームス・ブラッドリー
Wikipedia 光速度