[論文レビュー] The physical meaning of synchronization and simultaneity in Special Relativity

Rodrigo de Abreu|ArXiv.org|Dec 4, 2002

Relativity and Gravitational Theory参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、相対性理論におけるアインシュタインの1905年の同期化と同時性を再評価し、光の一方通行速度が真に c であるのは唯一の「静止系」においてのみであると主張する。アインシュタインの同期化手順を再解釈することで、光の一方通行速度を用いて時計を正しく同期化する「同期化変換」を導出し、これに対して、時計の非同期化に起因するローレンツ変換とは対照的である。主な貢献は、同時性が絶対的であり、同期化された時計と光信号を用いて絶対速度を実験的に決定可能であるという主張である。

ABSTRACT

Based on two previous papers, the physical meaning of synchronization and simultaneity as is presented in Einstein's Special Relativity paper of 1905 is reconsidered. We follow Einstein's argumentation to introduce a criterium of synchronization and for the same arguments we arrive at a different criterium for synchronization. From that we conclude that simultaneity is absolute.

研究の動機と目的

• アインシュタインの1905年における特殊相対性理論における同期化と同時性の物理的意味を、アインシュタイン自身の物理的議論を用いて再表現すること。
• 同時性が相対的であるという一般的な解釈に反論し、同期化が適切に定義された場合にはそれが絶対的であると主張すること。
• ローレンツ変換が物理的に必然的なものではなく、時計の非同期化に起因するものであることを示すこと。
• 光の一方通行速度を用いて実際に同期化された時計を持つ「同期化変換」を提唱すること。
• 同期化された時計と光信号を用いて、静止系に対する絶対速度を実験的に測定できる方法を示すこと。

提案手法

• 光の一方通行速度が真に c であるのは静止系でのみであるという仮定に基づき、アインシュタインの1905年の同期化議論を再構築する。
• x' = c_one-way * t' を満たす新たな時刻 t' を導入し、S' における時計が同期化された状態となる「同期化変換」を導出する。
• S' における時計の非同期化を t' → t' + (v/c²)x' とすることで、同期化変換からローレンツ変換を導出する。
• すべてのフレームで二往復光速が c である（公準 I）ことと、光の一方通行速度が静止系でのみ c である（公準 II）ことを基礎的原則とする。
• 静止系 S に対して異なる速度を持つ二つの移動フレーム S' と S'' を用いた思想実験を提案し、S' と S'' における位置 x' と x'' に配置された同期化された時計を用いて時間差を測定する。
• 方程式 (39) から (44) を導出し、S' と S'' が S の原点を通過する際の時計の読みを比較することで、S に対する S' と S'' の絶対速度 v₁ と v₂ を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アインシュタインの同期化手順は、すべての慣性系において物理的に整合性のある同時性の定義を導くのか、それとも静止系でのみそうなるのか？
• RQ2 光の一方通行速度をすべてのフレームで c と仮定できるのか、それとも優先される静止系でのみ c であるのか？
• RQ3 ローレンツ変換が慣性系間の唯一の有効な変換なのか、それとも物理的整合性を保つ「同期化変換」が存在するのか？
• RQ4 同期化された時計と光信号を用いて、静止系に対する絶対速度を実験的に決定できるのか？
• RQ5 一方通行光速を用いて同期化が定義された場合、同時性はアインシュタインの慣習とは異なり、絶対的であるのか？

主な発見

• x' = c_one-way * t' から導かれる「同期化変換」は、移動フレーム S' における時計が正しく同期化された状態をもたらすのに対し、ローレンツ変換とは異なる。
• ローレンツ変換は、S' における時刻 t' を t' + (v/c²)x' に変換することで生じる非同期化に起因しており、物理的な非対称性を導入する。
• 静止系が優先される場合を除き、移動フレーム S' では光の一方通行速度が c でないため、光の一方通行速度が真に c であるのは静止系でのみである。
• 一方通行光速に基づく同期化により、一貫性がありフレームに依存しない同時性関係が得られるため、同時性は絶対的である。
• 移動フレーム S' におけるマーク x' を通過する際の S'' の原点における時計の読みを比較することで、静止系 S に対する移動フレームの絶対速度を実験的に決定できる。
• 物理法則の共変性は変換の選択に依存しないが、時間と同期化の物理的意味は、特にローレンツ変換において時計が非同期化されているため、その点で重要である。