マイケルソン・モーリーの実験について　パート１
　
　１９９３年にｃ’ ＝（ｃ−Ｖcosθ ）を発表以来、現在までに、延べ１５００通以上の手紙を頂戴しています。Ｅメールを加えれば２０００通は超えるでしょう。
　 大きく分けて、私の意見や発見に賛成であるというのが７割、あとの３割が否定的な意見でした。
　
　否定的な意見の殆どは、私が何を考えたのかを理解しようとしないで、ただ単に「相対性理論とはこうなんだ」と、従来の相対論の教科書に書かれていることを、私に説明するだけだったり、記述ミスをことさら取り上げて私そのものを愚弄、中傷するだけでした。私は３０年以上相対論は正しいと信じて勉強してきましたから、基本的な理論構造は十分理解しているつもりです。
　たとえば、私が最も影響を受けた著書の一つに、Hermann Weyl 「Space Time Matter」1952年／Doverがあります。
この中に既にGeometrical theorem of Light cone があり、私は知っていました。そして、これは数学なのか物理学なのか迷った時期があります。
　また、Sir Arthur Eddington 「Space Time and Gravitation」1920年／CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS や
A.D.Fokker 「Time and Space,Weight and Inertia」1965年／Pergamon Press なども昔（２５歳の頃）ハマッていた名著です。
　
　現在までに数冊の相対論関連著書を上梓してまいりましたが、中には “うっかり間違い” があるのは不徳の致すところでございます。人のことを言える身分ではありませんが、多くの相対論の著書を拝読しますと、ミスっている部分は多数見つけることが出来ます。そういったとき、著者を愚弄、中傷することは私はしたことはありません。
　
　私は従来の相対論の教科書に書かれていることとは異なった事を述べています。そのことで私のことを異端者扱いするのではなく、「相対光速度説」（仮称）の片鱗でも結構ですから理解しようとご努力ください。
　そこには、皆様が “思いも掛けなかった入り口” が開いています。 “入り口” を示したのは私ですが、入って行くのは貴方です。
　
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　ここでは、マイケルソン・モーリーの実験に関して簡単に説明します。
　
本当に装置の東西方向は縮んだのでしょうか
　
　マイケルソン・モーリーの実験は、光を南北方向と東西方向に飛ばして、反射させて、その往復時間に差があるかどうかを調べるものでした。装置は地球上で静止していますが、地球は宇宙空間を動いています。したがって、装置は宇宙空間を動いていることになります。当時は宇宙空間には「絶対静止のエーテル」とか「エーテル基準系」というものがあると信じられていたので、それを検出しようという試みでもあり、非常に重要な実験として注目されました。
　実験は何度も繰り返され、精密に行われました。“理論的な計算”（とされる式）では差があるはずだとなっていたにも関わらず、結局、実験結果は「南北方向と東西方向の時間差はない」というものでした。１３０年前、世界中の科学者が不思議に思いました。「どうしてだろう」と。
　これを解決したとされるのが、オランダのローレンツとドイツのアインシュタインです（じつはアインシュタインではなく、フランスのポアンカレです。しかし現在はアインシュタインだとされているので、以下、“アインシュタイン” と記す事にします。この辺の事情は科学史を勉強してください）。フィッツジェラルドという物理学者もほとんど同時にローレンツと同じような説を発表したので、結局、この３人が功労者ということになりました。
　どのように計算したかを次に示すことにしましょう。
　
　“理論的な計算”（とされている式）の、光の東西方向の往復時間は
であり、南北方向の往復時間は
というものです。（詳細は多くの相対論の教科書をご覧下さい）
　ここで、Ｌ は鏡までの距離、往復で２Ｌ（１８８７年に行われた装置ではＬ は約１１ｍ）。
ｃ は光速で、３×１０８ｍ／sec、ｖ は地球の公転速度で、３×１０４　ｍ／secとなっています。
　宇宙空間での地球の速度が３×１０４　ｍ／secであるとなっているのは、当時は太陽は宇宙空間に絶対静止していると考えられていたので、地球の運動は公転と自転しか考えられなかったからです。
　
　（現在でも、宇宙探査機などの軌道計算では太陽は空間に絶対静止しているとして計算されています。しかし実際には太陽系自体が螺旋運動しながら、空間移動しているので（白鳥座の方向？）、実軌道では誤差が出るようです。太陽自体の運動も考慮に入れた計算が出来るようになるには、人類はまだまだ５００年先、１０００年先のことと思います）。
　
　さて、（１）式と（２）式を見て分かるように、南北方向と東西方向では時間差があることになりますね。ところが実験では上述したように、時間差は検出されなかったのです（ただし、非常に小さな干渉縞の移動はありました）。
　そこで、ローレンツとフィッツジェラルドは、「装置の東西方向は、宇宙空間に充満している絶対静止のエーテルによって押されて縮んでいる、その縮み係数は
である。」という仮説を発表しました（“エーテル仮説”といいます）。
（１）式に、この縮み係数を掛けると（２）式になるので、時間差はないことになり、実験を「説明できた！」ことになります。
　
　その直後アインシュタインはトップページＦｉｇ．１のように、光速度を不変とし、簡単な三平方の定理を使って、
　
＝ｃｔ’
または、
と計算し（註：数学的に間違っています。こんな三角形に三平方の定理が使えるはずはありません）、「運動物体は長さが短くなるし、時間は遅くなる」という特殊相対性理論を発表したのです。
　
　実験を説明するには、南北方向のＬ はそのままにして、東西方向のＬ だけ縮むのだとしたわけです。ただし、Ｌはそのままではありません。Ｌ＝ｃｔ’としたので、ｔは縮んでｔ’ になっています。タテ方向（南北方向）の運動系は時間が縮むとなっています。
この説明で行けば、自動的に運動物体は縮むとなるので、「宇宙空間に “絶対静止のエーテル” や、“エーテル基準系” はないことをアインシュタインは示した。その代わり、“等速直線運動を絶対静止系” とみなす」 として、大天才と言われるようになったのです。
　
　こうして、マイケルソン・モーリーの実験装置は横方向（東西方向）は縮んだから、時間差はなかったのだとされ、１００年以上の間、そして現在も、この計算は正しいとされています。
　ＮＨＫスペシャル「アインシュタインロマン」でも、そのように説明されていました。装置がぐにゃっと曲がっている（縮んでいる）シーンが印象的でした。
「物体が等速直線運動すると進行方向に縮む」ということを、“ローレンツ短縮” といいます。
　
　真剣に考えてみると非常に奇妙な話ですが、これを奇妙ではないようにする美しい言葉が “相対性” です。
　
　すなわち、「地球は慣性系である」、「慣性系は絶対静止と区別は出来ない」、「したがってマイケルソン・モーリーの実験は南北方向も東西方向も、ともに光の往復時間は２Ｌ／ｃ であり、時間差がないのは当然である」、「太陽から見れば（太陽を基準にすれば）、地球は３×１０４　ｍ／secで動いているので、進行方向に装置は縮み、時間差は出なかったのである」
　これが“相対性”理論です。こういう説明も非常に奇妙です。何が奇妙なのかは皆さん考えてくださいね。
　
※１「素粒子の立場に立てば寿命は伸びないが、観測すると寿命が伸びている」（Ｋ大学Ｍ物理学教授）、
※２「高速で宇宙旅行している飛行士の立場に立てば歳を取っていて宇宙服もボロボロであるが、地球に戻ると歳を取ってない若いままであり、着ている服も当時のままである」（日本テレビ「特命リサーチ」９９年５月／ほか）
※３「高速列車（等速直線運動）に乗っている人は何ともないが、地上を基準にすると列車は縮み、人も縮み、時計は縮み、時刻はゆっくり進んで歳を取らないように見える」
※４「高速列車に乗っている人にとっては同時であるが、地上を基準にすると同時ではない」（同時の相対性）
等々。
　ただし、相対論の教科書にはいろいろ異なったことが書かれています。たとえば「動けば必ず時計は遅れる」という説もあります。「ジャンボジェット機に原子時計を乗せて地球を１周してきたら時間が遅れていた。アインシュタインの特殊相対性理論も一般相対性理論もこれで実証できた」と言われ、これは偽装・ねつ造論文であったのですが（※５）、Ｋ大学Ｍ物理学教授など多くの相対論を擁護する人々はそれを信じています。でもこの話は「原子時計」の立場でも時間は遅れており、「観測者」が見ても時間は遅れているという内容ですから、上記※１〜※４とは異なるものですね。
　
註※５：この実験は１９７１年にアメリカのヘイフリーとキーティングが行い、Science誌に発表したものですが、これに対してかねてより疑問を持っていたアイルランドの科学者Ａ・Ｇ・ケリーが、Physics Essays誌（2000年）に、捏造であったことを暴露したのでした。直接のきっかけはキーティングの所属機関であった米国海軍測候所の実験に使用された原子時計の実験報告書を調べているうちに、この事実を発見したのでした。ケリーは米国の情報公開条例に基づいて、この実験報告書を入手しましたが、相対論にあまり詳しくない測候所の関係者は、報告書に記載されている生のデータが、よもや改ざんされたかたちで論文に発表されているとは思いもよらなかったと、原田稔博士（小樽商科大学名誉教授、原子物理学）宛の手紙にあったそうです。ヘイフリーとキーティングが実験結果として発表していたデータは、生の実験データではなく、アインシュタイン理論に合うように、値を大幅に変更されていたのでした。
追記：以上のような相対論を左右する大変重要な事件は、ホームページ(25)時間と空間は重力で曲がるか、で「エディントン卿の捏造論文」の項にも書いてあります。
　
　正しいマイケルソン・モーリーの実験計算は次のようになると私は提示しています。（ＮＨＫ出版「エレクトロニクスライフ誌１９９３年３月号〜５月号連載、筆者拙稿「相対性理論の意外な見方」）
「光速は一定値 ｃ だから、鏡にとって相対光速度はｃ’ ＝（ｃ−Ｖcosθ ）となります。Ｖ はその光の光軸に対する速度で、θ は光軸と鏡のなす角度です。
　これで、マイケルソン・モーリーの実験は東西方向も、南北方向もともに、
２Ｌ／（ｃ−Ｖcosθ ）
となり、時間差は出ないことが証明されます」１９９９年２月／窪田登司
追加致します
　上述のｃ’ ＝（ｃ−Ｖcosθ ）説を「もう少し詳しく書いてください」というお便りが何通かありましたので、追稿いたします。
　マイケルソン・モーリーの実験は「光がうまく反射して干渉縞が出来るように調整した」ことを念頭に置いてください。
　そして、「光源と鏡の距離を Ｌ とした」ことも理解してください。つまりトップページのＦｉｇ．１は、ＡＣが Ｌ ではなく、「反射する鏡までの距離、つまりＡＤが Ｌ 」であることを理解してください。
　ＮＨＫ出版編集部も徳間書店編集部も「１００年に一度あるかないかの大発見だ。相対論の間違いはここから発生したのではないか！」と目を輝かせて拙稿を世に発表してくれたのは、この部分だったのです。
　もう一度述べましょう。マイケルソン・モーリーの実験は「反射する鏡までの距離、つまりＡＤがＬ 」であることを私は指摘しています。実際問題として、ＡＤ が１１ｍに対して ＡＣ は10.999ｍ（？）ほどのようですが、この際、理論物理学を語るとき、ＡＣ の長さは問題ではないです。装置を直角に動かすという方が重要です。
　
　東西方向の光の往復に要する時間は
　
　
　
であり、上述の（１）式と同じです。
　ただし、このＶ は上記（１）式のｖ とは異なります。（１）式のｖ は地球の公転速度３×１０４　ｍ／secと計算されていますが、（ｃ−Ｖcosθ ）の Ｖ はあくまで測定光に対する鏡系の変位速度で、マイケルソン・モーリーの実験では分かろうはずはありません。
　このことは２０世紀物理学では、アインシュタインの特殊相対性理論によって否定された概念ですが、量子オプトロニクス、レーザー計測技術ではドップラー効果の計算式として広く使われているようです。
　
　次に、南北方向の光の往復に要する時間は
　
　
　
となり、やはり同じになります。
　こうして干渉縞の移動は生じないことが証明されます。
　
　この計算式によれば、何も「エーテルによって装置が押されているから東西方向は縮んでいる」とか、「装置の東西方向は自動的に縮む」とか、そういう奇抜な考えを持ち出さなくて良いのです。
　しかも、この式は任意の方向で成り立つものです。装置を東西方向と南北方向に向けなくても、任意の方向で実験は行えます。装置を正確に直角に動かすだけで良いわけです。装置が正確に直角にならなかった場合は、若干の干渉縞の移動が生じることになるでしょう。それは “測定誤差” とか、“精度” の範疇に入るものです。
（精度が高くなればなるほど、“地球の自転” の影響を受けて干渉縞の移動を検出する事になるでしょうから、完全に時間差が出ない実験ではないと私は思っています。事実、日本の開発したリングレーザージャイロは地上に置いておくだけで（つまり地上に対して静止）干渉縞が移動するそうです。これは “地球の自転” を検出していることに他なりません）
　
　ちなみに、もしマイケルソン・モーリーの実験がナトリウム焔など “地上での光源” を使用しないで、 “太陽光線” を使用して行われれば、当然の事ながら東西方向と南北方向の光の往復時間にはかなりの差が出ることは言うまでもないでしょう。
（２０００年８月１５日／１０月４日／１０月２１日、２００１年３月１日　窪田登司）
　
　２０１０年２月６日追記：先日、ある読者から「上記（４）式はなぜニアリイコール（≒）なのですか？ｃｏｓθ＝Ｖ／ｃ
ではないのですか？」という質問がきました。
　この件については、私はわざと１０年以上黙っていたのですが、この際、質問がきましたので、説明しておきましょう。
　それは「実験物理学、理論物理学で捉えると、決して正確なｃｏｓθ＝Ｖ／ｃ ではない」からです。これには２つの理由があります。
　一つはマイケルソン・モーリーの実験はご存じのように多数の鏡を使用し、光の往復反射距離を長くして、非常に精密に鏡を調整してあります。つまり鏡は斜めになっていて、トップページのＦｉｇ．１のような図ではない事です。
　もう一つの理由は、にもかかわらず当時の科学者は図のような構図に代表させて理論解析をしたため、アインシュタインがそれにハマッたのです。２６歳当時の特許局の事務員であったアインシュタインは数学は苦手で＜ピタゴラスの定理＞くらいしか知らなかった、と放送大学の相対論教科書のコラムに書いてありました。どこの工業学校か受験したら落ちたとも。
　アインシュタインがプリンストン大学での講義か、どこかでの講演かは知りませんが、黒板にトップページのＦｉｇ．１
『Ｌ、ｖｔ、ｃｔ、光の直角三角形』を書いて三平方の定理を使って、“ローレンツ因子” を導いているモノクロ写真を私は見た事があります。
　私は「これが間違いなんだ」と気が付いたのですが、この図は静止系座標と運動系座標がごちゃまぜになっていますね。
静止系座標と運動系座標に囲まれた三角形を、距離（長さ）と方向を無視して直角三角形にしていますね。しかも辺 ＣＤ や ＡＤ は時間の関数で時々刻々と変化するものです。こういう図に三平方の定理をもってくる事は数学的にやってはいけない初歩的なミスです。現在の理工系大学生なら、こんな初歩的なミスは誰もしないと思いますよ。
更に、基準系の光速は ｃ ですが、運動系の光速度は ｃ ではないという事。マイケルソン・モーリーの実験ではきわめてｃ に近いですが、決して理論物理学でいう正確な ｃ ではないという事。
　以上です。よーくお考えください。
　
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※追加註：１３０年ほど前までは、ニュートン力学が全盛を誇っており、すべての物理現象はニュートン力学で説明できるとされ、絶対的な権力を持っていました。そこへ電磁波をはじめ電磁現象が矢継ぎ早に発見され、マックスウェルが電磁方程式を発表し、マックスウェル電磁力学の登場となったのです。これはニュートン力学とは色んな面で異なり、しっくり解け合わなかったので、当時の物理学はたいへん混乱しました。
　混乱は２０年以上続いていましたが、２０世紀初頭、２つの理論が登場し、物理学の新たな混乱が加速されることになったのです。
　一つはご存じのように、『ニュートン力学とマックスウェル電磁力学を粒子と波動という面で統一したニールス・ボーア系量子力学／波動力学』であり、もう一つはアインシュタインの『ニュートン力学とマックスウェル電磁力学を“光の運動学”で結びつけた特殊相対性理論』（理論は座標変換で構成され、ローレンツ変換によってニュートン力学が書き換えられたもの）です。
　１００年以上経たこんにち、どちらが正しい物理学であったかが問われています。そして、新しい２１世紀の物理学は過去の反省から始まります。
　
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ニュートン力学・・・・・・・粒子
マックスウェル電磁力学・・・波動
（統一＝量子力学、波動力学／実験データの積み重ね）
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ニュートン力学・・・・・・・物体の運動
　　　　　　　　　　　　光も物体を投げたような運動をするはずである＝特殊相対性原理
マックスウェル電磁力学・・・光速一定
　　　　　　　　　　　　いかなる座標系でも光速度は一定値ｃである＝光速度不変の原理
（２つの“仮定”を混合＝特殊相対性理論）
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ニュートン力学・・・場の力学ではない
マックスウェル電磁力学・・・場の力学
　　　　　　　　　　　万有引力も電磁波のスピードで伝わるはずだとして
　　　　　　　　　　　場の方程式を作った＝一般相対性理論
（マックスウェル電磁方程式から類推）
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ニュートン力学・・・・・・・・・物体の運動
　　　　　　　 　　　　光を基準にして物体の運動を記述する＝相対光速度説（仮称）
マックスウェル電磁力学・・・・・光速一定
（ガリレー変換で結んだ）
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なお、私は拙著やホームページで「ニュートン力学」、「マックスウェル電磁力学」というように “力学” と書いていますが、　これは「物理学の基本は力学である」という先人達の熱い思いを継承しているからに他なりません。読者諸氏に異論があれば、どうぞご自由に好きな言葉でアナウンスして下さって結構です。
０５年１１月７日、１２月１４日／窪田登司
　
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追記／２０１２年４月２日／窪田登司：日頃懇意にさせて戴いているＳ大学・Ｍ教授は、この４月より同大学の学長に就任されました。Ｓ大学の更なるご発展を祈念いたします。
　なおＭ学長は超伝導およびその材料研究で著名な学者先生ですが、電波工学で使われている量子エネルギー効果
を宇宙論に応用することや、ブラッドリーの光行差の現象に対する計算で、ｃ’ ＝（ｃ−Ｖｃｏｓθ ） を応用する事にたいへん興味を示されておられます。
　
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２０１１年５月３日追稿／窪田登司
　最近、神戸大学の学生さんから次のような反論がきまして、「窪田は相対論を理解してない」と、かなり激しい口調で（デアル調）、私を愚弄した手紙がきました。かなり長い文章なので、ここでは、決定的な事だけを述べておきます。
　
　
この図から次の式を作って反論しているのですが、
（ｃｔ）２ ＝（ｖｔ）２ ＋（ｃｔ’ ）２ 　・・・(１) 式
（ｃｔ）２ ＝（Ｖｔ）２ ＋（ｃｔ” ）２ 　・・・（２）式
こんな式が正しいとする理系の学生がいるとは信じられないです。（１）式＝（２）式から計算してご覧。光速ｃを求めると
ｃ＝ｆ（ｔ’、ｔ”、Ｖ、ｖ、ｔ ）、５個の変数の関数になりますよ。それで「光速度不変の原理」ですか？「特殊相対性原理」ですか？左辺は基準系での式、右辺の２項目は運動系での式ですよ。全然異なる座標の式を、勝手に＝（イコール）でつなげる事ってできますか？ どこからｃ＝２９９,７９２,４５８ｍ／ｓが出てきますか？
（１０）静止系と運動系についての項の反論者（匿名無記名のハガキでしたが、のちにＳ．Ｋさんという方でメール交換するようになり親しくなりました）への説明を読んでください。
　読まない、読めないでは “知ったかぶりのネットオタク” と同じです。これって、どこかで見た台詞ですね(^_^)
追記：
（ｃｔ）２＝（ｖｔ）２＋（ｃｔ’ ）２
（ｃｔ）２＝（Ｖｔ）２＋（ｃｔ” ）２　 というような式は物理的にも数学的にも存在しない、と何度説明しても判らない人と、「窪田さんの言っている事が判った！」と理解してくれる人々とに、なぜ分かれるのでしょう。相対論信仰者だった人の中にも「判った！窪田さんの勝ち！」と言ってくれた人がいました。
　
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大いなる実験成果
　
　昨日２０１１年９月２４日著名各新聞で大々的に取り上げられ話題が沸騰した “ニュートリノ” 実験。名古屋大学などの国際研究グループが発表した「光速より早く飛んだニュートリノ」。誠に頭の下がる貴重な、そして勇気ある実験です。
　アインシュタインの相対性理論は、この日に崩壊したと言っても過言ではないでしょう。
　
　光のスピードというのは、さほど速いものではありません。１ナノ秒でたったの３０ｃｍしか移動しない自然界ではごく普通のスピードです。このスピードより速く飛ぶものはないとし、重力までもが光速で伝わるなどとした相対性理論に疑問を持ったのは私だけでしょうか。
　
　今回のニュートリノ実験につきましては、私はさもあらんと評価しています。地球は自転しているので、スイス・ジュネーブ郊外のＣＥＲＮから、イタリア方向にニュートリノを飛ばせば、地球の自転によって加速され、スピードが速くなるのは当然考えられる事です。
　ニュートリノは電磁場の加速器内で作られたのですから、発生直後は光速に近いでしょう。しかし地球の自転によって加速され、スイングバイによってスピードは速くなり、光速を超える瞬間にニュートリノ振動を起こし、ミュー型から電子型に変化し、７３０ｋｍ離れたグランサッソー地下研究所に到達した瞬間には光速より約７ｋｍ／ｓほど速くなっていたのですから、誠に貴重な実験だと思います。
　今後も “正しい物理学の発展のために” 実験を重ねて確固たるデータの積み重ねを期待します。
アインシュタイン擁護団体（多額の実験費、研究費を寄付しているので、アインシュタインに反する実験や観測結果はことごとく消し去ってしまう団体とそれに加担するマスコミ）からの執拗な攻撃はあとを断たないと思いますが、賢明な科学者は常に冷静に、そして中立を守り頑張って欲しいと思います。相対性理論は理論的にも、数学的にも間違っているのですから。
　もしも、このニュートリノ実験を地球の自転の反対方向に飛ばして行えば光速より遅くなる可能性もあります。実験解析はその「場所（緯度／経度）」、「方向」、「距離」などを克明に計算に入れなければなりません。
　
　電波で実験して「光速より早く飛んだ」という結果もありますが、地球とともに動いている空気、気流の速度、気流の ε や μ の値などをきちっと計算に入れたのでしょうか。そうであれば素晴らしい実験です。
　光速度や電波の速度は、その時の環境条件によって如何様にもなります。電離層を垂直に通って来たか、斜めに通ってきたかでも光速度は変わるし、そもそも光や電波は電離層を通るとき曲がります。相対論など全く関係なしであることを理解しましょう。
　これらの考察や計算はニュートン力学、マックスウェル電磁力学、量子力学、そして現代科学の粋を集めた量子エレクトロニクスによるものであり、相対論ではありません。相対論を計算に入れると相対論に都合の良い結果を回り回って誘導してしまう危惧があります（これが２０世紀アインシュタイン物理学の特徴なのです）。
　相対論（ローレンツ因子を使う理論）が崩壊しても正しい物理学は何の影響も受けません。
／２０１１年９月２５日
　
ご意見、ご質問などはこちらへ　窪田登司 <kubota-takashi@outlook.jp
窪田登司