質問: 光の速さが1番の根拠は? 光の速さが1番の根拠は? 何故、光速が1番早いのでしょうか? 何かで、宇宙船がどうのこうの、という例え話を聞いたことは有りますが、実際に何の科学的根拠が有って、光速が1番早いという事になっているのでしょうか?
回答: 元をたどれば、「光速が一番速い」「光速を越えることはできない」ということが実験・観察で発見されたわけではありません。 一番最初に発見されたのは「光速は、光を発する物の運動や観測者の運動にかかわらず一定」ということでした。 いわゆる『光速度不変の原理』ですね。 それを実験で示したのが、アルバート・マイケルソンとエドワード・モーリーでした。 そのマイケルソン・モーリーの実験については、いろいろとエピソードがあるのですが、それはwikipediaでも見てもらうとして。 とにかく1887年に、「どんな状況でどんな光を観測しようとも光速は一定」ということが実験により示されました。 この『光速度不変の原理』自体は、後に他の人によっても追実験が行われ、正しいだろうと学者の間で認識されるようになりました。 これが『光速度不変の原理』が発見されるまでです。 その後、アルベルト・アインシュタインという学者が『光速度不変の原理』と『相対性原理』を元に『相対性理論』という理論を考え出しました。 『相対性理論』は難解で奇妙な理論だったために、学者の間でもなかなか浸透していきませんでしたが、『相対性理論』が正しいかどうか確かめる実験が何度も行われ、その結果が理論の示すものと一致していたため、時が経つにつれ正しいと認められるようになりました。 その『相対性理論』が導いた結論の一つに次のようなものがあります。 質量を持つ物質は、高速で運動するにつれ見かけ上の質量(運動質量)が増していき、更に加速するためにはさらなるエネルギーが必要になる。 運動速度が光速に限りなく近くなると、見かけ上の質量は無限に増大し、加速に必要なエネルギーも無限に必要になる。 すなわち質量を持つ物質は(有限のエネルギーで加速する限り)光速に達する事は出来ない。 これが、質問者様の云う"光速が1番早い"という事ですよね? これを導いた理論は相対性理論ですが、相対性理論が正しいらしいという前提にに立てば、"光速が1番早い"という事も正しいということになります。 また、このことは実験で確かめることが出来ます。 人間の体重ほどの大きな質量では光速の90%ほどに加速するにも莫大なエネルギーを必要とします。しかし酸素や炭素の原子よりも軽い素粒子ならば、光速近くまで加速させることは可能です。 そのような素粒子を加速させるための装置が加速器と呼ばれる物です。 (加速器: http://www.kek.jp/openhouse/contents/kekbtunnel.html ) この加速器で素粒子を加速してみると、素粒子の速度が光速に近づくにつれ加速に必要なエネルギーが増大していくことが観測できます。 世界最大の加速器lhcならば、陽子を光速の99.9999991%まで加速出来るそうですが、それでも光速の100%ではないし100%以上でもありません。 以上まとめると、 "光速が1番早い"という"根拠"は、『光速度不変の原理』から来ており。それは『マイケルソン・モーリーの実験』によって発見されてました。 "光速が1番早い"ということを"導いた"のは、『光速度不変の原理』をもとにした『相対性理論』であり。『相対性理論』自体の正当性も実験で確かめられています。 また、"光速が1番早い"ということを『加速器』をつかった実験で直接"確かめる"こともできます。