日本物理学会 秋季大会で発表 2018年9月11日

マイケルソン・モーリーの実験の論理的考察

 

　　　　　　東京第一合成㈱　　　　　　小竹秀典

　　　　Logical Consideration of Michelson-Morley Experiment

            Tokyo Dai-ichi Gosei Co., Ltd.    H. Kotake

 

物理学史研究の役割の一つは物理学の思想の発展に光を当てることである。このことにより、「法則とは何か」ということについて回答が得られるかもしれない。

1687年にニュートンのプリンキピアが出版され、絶対空間と絶対時間を前提にした運動の法則が発見された。1905年にアインシュタインが特殊相対性理論を発表し、光速度不変のもと時間と空間の相対性が指摘された。マイケルソン・モーリーの実験はこの間の1887年に行われた。これは当時光の伝達媒体として存在が議論されていたエーテルが否定された実験と解釈されている。そしてこれが光速度不変を証明したと一般には言われている。

しかし光速度不変の原理はマイケルソン・モーリーの実験によって確かめられたと言うこと対して異論を述べている人もいる。この実験はあくまでも地球の進行方向に対する光の速度のずれを測定し、実験誤差範囲内では差が見られなかったことを示しているだけであり、「真空中の光の速度はすべての慣性系で同じである」などということを証明する実験結果ではないという見解である。アインシュタインはこの実験によらずに特殊相対性理論を確立したとも言われている。そのように考えると相対性理論とマイケルソン・モーリーの実験との関係は、後から関係付けられたものであるのかもしれない。

物理の観測（測定）というものは、よくわかっている類似現象と比較して把握することである。この観点からすると、ニュートンの運動の法則の発見は、物体の移動すべてを類似現象とみなし、「状態と変化を表す時間と空間を定義するもの」と言うことができる。（2016年、2017年で発表済）一方アインシュタインは観測においては光の伝達を基準にすることを述べている。その根拠とされる事実がマイケルソン・モーリーの実験であると一般には言われている。この論理に対して異論が出されているのである。光速度不変の検証は、他の実験と観測結果からもできる。マイケルソン・モーリーの実験は距離と時間を光で測定するということに意味があり、光を基準とした観測事例の代表と解釈できる。

アインシュタインの特殊相対性理論は、本当に実験事実を基にして考えられたのか、それとも理論を確立した後で、それから導かれる結果を検証しようとしたのかは今一度事実を見直し、確認したいところである。