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光の速度は一定か

2009年10月29日 16:55

フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡による成果論文の
英科学誌「ネイチャー」への掲載について
-ガンマ線バーストを使って「光速度不変原理」を検証-

「光速度不変原理」は史上最高の精度で検証され、光速度不変の破れを予言する量子重力理論の枠組みに強い制限をかけることに成功しました。今回の結果により、これまで検証が非常に難しかった量子重力理論に対して、初めて観測事実から制限を与えられたことから、フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡は天文学だけでなく素粒子物理学の新しい扉をも開いたと言えるでしょう。



さて、いろんな言葉を調べないと、さっぱり何がすごいのかわかりませんね・・・。物理素人が調べた結果を書いておきます。間違いあったら教えてください・・・。

まずは「光速度不変原理」とは何か。
Wikipediaによれば、「真空中の光の速さは、光源の運動状態に影響されない一定値cである。」と説明があります。なんだか難しく書かれていますが、なんとなくわかります。



時速100kmで走るトラックの後方に時速100kmでボールを投げると、第三者的には速度が相殺されてボールはその場所に落ちる。逆に考えると時速200kmで走る新幹線の中から前方に時速100kmでボールを投げると、結果ボールは時速300kmで前方に進みます。
ここで、光の場合。光の速度はおよそ30万km/sです。つまりおよそ時速10億8000万km。上と同じように考えます。地球へ向かう宇宙船から地球へ向かってライトを照らすと、果たして光は前方に10億8000万km+宇宙船の速度で進むのかどうか。
ここで「光速度不変原理」が出てくるわけですね。光の速度は一定である、と。
なので、やっぱり光は地球へ向かって時速10億8000万kmで進むということになります。

関連 : 特殊相対性理論

続いては、「ループ量子重力理論」です。
上の「光速度不変原理」に対して、異論を唱えるのがこの「ループ量子重力理論」だそうです。

ループ量子重力理論

ループ量子重力理論は、時空(時間と空間)にそれ以上の分割不可能な最小単位が存在することを記述する理論である。


ふむふむ。なるほど。なんとなくコンピュータの感覚と似てますね。
アキレスと亀というお話があります。

あるところにアキレスと亀がいて、二人は徒競走をすることとなった。しかしアキレスの方が足が速いのは明らか(注:イリアスにおいてアキレスの枕詞の一つは「駿足の」である)なので亀がハンデをもらって、いくらか進んだ地点(地点 A とする)からスタートすることとなった。

スタート後、アキレスが地点 A に達した時には亀はアキレスがそこに達するまでの時間分先に進んでいる(地点 B)。アキレスが今度は地点 B に達したときには亀はまたその時間分先へ進む(地点 C)。同様にアキレスが地点 C の時には亀はさらにその先にいることになる。この考えはいくらでも続けることができ、結果、いつまでたってもアキレスは亀に追いつけないことになる。


このお話の前提として、時間は無限に細かくできるということがあるわけですが、実際はそうでは無いのではないかという理論のようですね。
「ループ量子重力理論」によれば、最小の時間単位は1プランク(10のマイナス43乗)秒だそうです。つまり、1秒間で手をグーからパーに変えるとすると流れるように動いて見えますが、実は1兆の1兆倍の1兆倍の1000万倍くらいの枚数の紙芝居をババァーと見ている、というようなことらしいです。

ココまで来てやっと本題です。
「ループ量子重力理論」に則れば、空間も連続していない、ということになります。飛び飛びの空間を進む光のスピードもそれに影響されるため、光のスピードは波長によってわずかに異なる、ということが言えるそうです。
しかし、それでは「光速度不変原理」に反することになります。さぁ、一体正しいのはどっち!というのが今回の実験の内容との事です。

そして結果は、光の速度は変わっていなかった。つまり、「光速度不変原理」が正しい。(といっても最高精度で検証されたとあるだけなので、正しい可能性が強まった、くらいなのでしょう。)

まだまだわからない単語もいっぱいありますが、とりあえずどういうニュースかは理解できた気がするので、ココまで。


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