質問: mm実験が光速不変を証明している話は嘘? mm実験(マイケルソン・モーリーの実験)が、光速不変を証明していると言う話は、嘘だと聞いたことがあります。 その真偽のほどを教えてください。
回答: マイケルソン・モーレーの実験一例から、即座に光速度不変というアイデアが出て来たわけではないです。ちなみに、マイケルソン・モーレーの実験が示唆したのは、光の媒質であるエーテルについて、地球の公転運動の速度差(±秒速30km)による相対速度が0でないとは検出できなかったというものです 当然ですが、実験の不備が疑われ、追試の実験が多数行われました。実験の不備を無くすべく、いろいろ改良しながらですね。この時点では、まだ光速度不変はアイデアも出て来ていません。 そういう一連の実験から、どうしても光の媒質であるエーテルの地球に対する相対速度が0でしかないといことが、ほぼ確実になりました。しかし、天文観測における光行差は確実にエーテルが地球に対して相対速度を持つことを示している。そこでようやく、光速度可変であるものの、エーテルに対する相対速度に応じて空間が収縮するという、収縮仮説が、オランダのローレンツ、イギリスのフィッツジェラルドから提案されました。 これに対して、フランスの数学者ポアンカレが、アインシュタインに先んじて光速度不変を提案しています。これも、実験・観測事実をうまく説明できます。しかし、従来の理論からの最小の変更で済みそうな空間収縮仮説を支持する意見が多く、光速度不変というアイデアからの理論化は、あまり進展しませんでした。 そして、1905年にアインシュタインが独自に(とアインシュタインが主張する)特殊相対性理論を構築し、その論文を提出します。今度は有力視する人も出て、空間収縮説と特殊相対論で食い違う結論になる点を探し、実験・観測が行われ、ついに特殊相対論のほうがうまく現象を説明できるという結果になりました。 ローレンツやフィッツジェラルドは、やろうと思えば空間収縮説を補強することができたかもしれません。しかし、その二人を中心とする空間収縮説支持者は、特殊相対論がシンプルに現象を説明していることを重視し、特殊相対論採用に踏み切りました。空間収縮説の補強では、やたらに複雑・難解になりそうで、しかも適用範囲を広くすることができそうになかったからです。 以降、特殊相対論の正しさが何度も実験・観測で検証され、並行して他の物理学理論の書き直しに使われました。書き直した物理学理論も、実験・観測で検証され、特殊相対論で書き直したものが、以前より正しいことが検証されました。 ついには実用にも用いられるようになり、実用化されたものは正常に動作しました。ヒッグス粒子を発見したとされる、素粒子加速実験器も、特殊相対論なしには作れません。カーナビ(に使われているgps)は、特殊相対論だけではなく、さらに一般相対論と共に設計せねば、正しい位置を示せません。 p.s. 取り合う価値もないことですが、相対論は間違いであるという人が、よくマイケルソン・モーレーの実験が間違いであり、だから光速度不変は間違いだと言うことがあります。マイケルソン・モーレーの実験を盲信した結果、間違いの理論であるアインシュタインの相対論が出て、誰もかれもアインシュタインが偉いから、相対論を盲信しているとか。 少なくとも2点で明らかに間違っています。 1点目は、マイケルソン・モーレーの実験後、「そんなはずはない」という観点で実験自体の検証が熱心に行われました。たとえば、「地下で行えば、エーテルが静止してしまうのではないか?」などです。 そして2点目は、多数の追試の実験が行われていることです。それも、何とか光速度可変の結果を出そうと工夫しながら。その後、採用すべき理論が二つほぼ決まって来ると、その差の検証になり、一つに絞られると、その理論を検証する実験です(間違いがないか探すことと、理論の予言能力を試すことが主)。 そういう事実、しかも百年以上行われ、広く深く実用に供され、今や高校生の実験にすらなっているようなことを、一切無視するのが、マイケルソン・モーレーが間違いだからアインシュタインも間違いだ、と言い募る人であったりします。