光の片道速度がわからない場合、質量エネルギー等価の意味と妥当性は有効ですか？
私は最近、光の速度と想定されるのは実際には双方向の光の速度であると説明しているビデオ（1）に出くわしました。
ビデオで説明されているように、仮想的に光速は時空のさまざまな方向で変化します。これが事実である場合、そのような平均（すなわち、光の双方向速度）がアインシュタインの質量エネルギー等価に完全に適合することはどのように可能ですか？これが物理的に何かを意味するのか、それともその方程式の定数が光の双方向速度に正確に等しいのは単なる偶然なのか、頭を悩ませることはできません。
あるいは、私も疑問に思います。光の片道速度が実際にわからないのに、なぜ質量エネルギー方程式が有効なのですか？
どんな説明でも大歓迎です。
回答
ビデオは次のことを認めようとしていますが、それを明確に述べているわけではありません。これは単に座標系の問題です。光の等方性速度と異方性速度を区別できる物理実験がないという事実は、それが物理現象の問題ではなく、純粋に世界をモデル化する方法の問題であることを意味します。「仮想的に光速は時空のさまざまな方向で変化する」という記述は、意味のあることを何も指していません。
相対性理論の本質的な仮定は、物理学がすべての慣性座標系で同じように機能するということです（したがって、名前：物理学の数値表現は参照座標系に関連しています）。したがって、光の双方向速度は不変です（相対性理論の文脈では、「不変」は「ローレンツ変換に関して不変」を意味すると理解されます）。
速度は距離を時間で割ったものであり、時間は単に4元ベクトルの1つの座標です。そのベクトルのどれだけが「時間」であり、どれだけの「空間」が物理的現実ではなく座標系の問題であるため、光の片道速度は物理的現実の問題ではありません。宇宙に実際の物理的影響を与えるのは、光の双方向の速度だけです。この双方向の速度は、電磁定数などの他の多くの定数と絡み合っています。それは単なる偶然ではなく、他の物理学と結びついています。これらの関係は、座標系に関係なく表示されます。異方性座標系に変換すると、本質的な関係が維持されるようにすべての数値が変更されます。
私は2つのことを言います：
アルバートアインシュタインの最初の扱いでは、理論は2つの仮定に基づいています。
- 物理法則は、すべての慣性座標系（つまり、加速のない座標系）で不変（つまり同一）です。
- 真空中の光速は、光源や観測者の動きに関係なく、すべての観測者で同じです。
仮説（公理とも呼ばれる）は、誰もが正しいと同意するステートメントです。...仮説自体を証明することはできませんが、通常は自明であるため、受け入れは問題ではありません。これは、仮説の良い例です（Euclidが幾何学に関する研究で与えたものです）。
2つの点が線を決定（作成）します。
特殊相対性理論の2つの仮説の基礎は、アインシュタインによって歴史的に使用されてきたものであり、今日でも出発点となっています。アインシュタイン自身が後で認めたように、ローレンツ変換の導出は、空間的均一性、等方性、無記憶性など、いくつかの追加の仮定を暗黙のうちに利用します。また、ヘルマンミンコフスキーは、ミンコフスキー空間の定式化を導入したときに、両方の仮定を暗黙的に使用しました。$c$ は時定数と見なすことができ、光速による識別は光学から導き出されます。
要約すると、あなたが求めているのは、なぜ特定の仮説が有効なのかということです。または、仮説の証拠は何ですか？
特殊相対性理論は、真空中の光速は常にであるという仮定に基づいています $c$任意の慣性座標系で; これは、特殊相対性理論の2番目の仮定として知られています。この仮定は当然のことと見なされ、証明されていません。これが仮定の意味です。2つの仮定から、最愛の方程式を含む多くの驚くべきステートメントを証明することができます。$$E=m \gamma c^2 \ \ \ \ \ \ (1)$$ の存在に注意してください $c$この方程式では偶然ではありません、それはそれの証明、主題についてのどんな本でも見つけることができる証明から導き出されます。
しかし、仮定が正しくない場合はどうなりますか？光の速度があなたが言及したもののような他の要因に依存している場合はどうなりますか？次に、相対性理論が崩壊し、他の理論に置き換える必要があります。ただし、重要な点は、新しい理論は実験結果と一致している必要があるため、新しい理論は、特殊相対性理論が実験データの現在の精度レベルまで予測するほとんどすべての現象を暗示している必要があるということです。
しかし、特にあなたがリンクしたビデオの仮説は、平均速度が $c$、特別です。一見、それほど壊れていないようです。これは、特殊相対性理論のほとんどすべての証明で、光の平均速度（前方への伝搬と後方への伝搬の意味で）を処理するため、2番目の仮定がそのように変更された場合でもすべての証明が有効なままであるためです。 。したがって、この場合でも、証明することができます$(1)$、そして前と同じように $c$ 偶然ではないでしょう。
しかし、あなたのビデオの仮説には2つの大きな問題があります
。1つ目は、ほとんどすべての現代物理学が、宇宙が等方性であるという仮定に基づいて構築されていることです。空間に優先的な方向性はありません。引用された仮説は、この基本的な仮定を破り、おそらく物理学の多くの分野で多くの問題を引き起こすでしょう。
2番目の問題は、リンクしたビデオの前提が私には疑わしいように見えることです。主なステートメントは、遠く離れた2つのクロックの同期が確認できないため、光の片道速度を測定できないということです。なぜですか。 ？特殊相対性理論の時間の遅れの影響のために！私には循環論法のようです。特殊相対性理論を使用して、特殊相対性理論を反証したいとします。この問題を回避するには、ビデオにある議論を改善する必要があります。
しかし、これに加えて、循環論法の問題は別として、原則として、2つのクロックの同期を確実にすることができます！それらが一緒になっている間にそれらを同期してから、それらを非常にゆっくりと離すことができます。あなたがリンクしたビデオはこの方法について言及しましたが、$c$一方向に問題を複雑にします。しかし、すべての場合において、時間の遅れの影響は相対速度に比例することを確信できるので、相対速度が非常に小さい場合、時間の遅れも非常に小さくなければならないことを確信できます！だから、原則的に、私たちはすることができます遠く離れて2つのクロックを同期させると、光の一方向の速度を測定することができます。1
[1]：正直なところ、私はこの最後の理由を完全には確信していません。時間の遅れは相対速度に比例しなければならないという私の声明を破る穴がどこかにあるかもしれません。いずれにせよ、まだ本当に疑わしいビデオ。
「仮想的に光速は変化します... [しかし]平均は...とても完璧にフィットします」：オッカムの剃刀はこの時点で仮説が無効である可能性が高いことを示唆しています。
さらに、光の速度は有限であるため（大きいとはいえ）、可変であるという提案は、「アップライン」上の光子の速度を有限期間保存し、適切に適用できるメカニズムを提案する必要があります。それらの相対的な分離と方向に関係なく、「ダウンライン」に瞬時に。
これは、光の双方向速度（私がラベルを付けている）という興味深い観察結果です。 $c \approx 300,000$km / s）は、仮に一方向の速度ではなかったとしても、物理的に重要なままです。実際、それは他の量で現れます$E = mc^2$。Winnie（1970）は、任意の一方向の光速について、相対速度、時間の遅れ、長さの収縮などを計算します。それでも一定$c$ まだ数式内に繰り返し表示されます。
のではなく $E = mc^2$、残りのフレームにのみ適用されるので、一般式を拡張することは興味深いでしょう $E^2 = m^2c^4+p^2c^2$ 光の任意の一方向速度の場合に。