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移動する磁石の強さの変化


T.移動する磁石の強さ

 磁石の力は、v[m/s]で移動する慣性系でも静止時と同じと観測されます。その仕組みを説明します。

 v[m/s]で移動すると、その観測者の持つ時計は@t'=t√(1-v2/c2)と遅れ、定規は進行方向へA√(1-v2/c2)倍「ローレンツ収縮」します。
 また、v[m/s]で並走すると電荷を帯びた2つの粒子間を往復する電磁波の距離は、横(進行方向)1/(1-v2/c2)倍・縦(上下左右方向)1/√(1-v2/c2)倍に伸びます。つまり、往復回数は横(1-v2/c2)倍・縦√(1-v2/c2)倍になります。
 ですから、生じる電磁気力F'は、横(1-v2/c2)倍・縦√(1-v2/c2)倍になります。

 ※電磁気力は電荷を帯びた2つの粒子間の相対距離の2乗に反比例します。これは、粒子間の相対距離が変わると電磁波の往復コースが変わるからです。
  一方、相対距離を変えず2つの粒子をv[m/s]で並走させる場合、v慣性系で見た電磁波の往復コースの形は静止時と同じです。ですから、交換されるグラビトンの数(生じる電磁気力Fの強さ)は、電磁波の往復に要する時間に反比例します。

この電磁気力F'の強さを@とAのとおり変化した時計と定規を使うと、幾らと測定されるでしょうか。
 まず、横方向から説明します。
 「力F=質量m×加速度a」なので
力F'=(1-v2/c2)F=m×(1-v2/c2)a
です。つまり、加速度a'も(1-v2/c2)倍になります。
 ※移動しても質量mは変わりません。加速し難くなるだけです。
 「速度v=加速度a×時間t+初速度0」なので
速度v'=(1-v2/c2)at=(1-v2/c2)v
です。つまり、2つの粒子同士が引き合い(反発し合い)移動する速度v'も(1-v2/c2)倍になります。

 この(1-v2/c2)倍となった速度v'を@とAのとおり変化した時計と定規で測定すると、幾らとなるでしょうか。「速度v=距離l÷時間t」です。定規は√(1-v2/c2)倍に収縮しているので
距離l'=l/√(1-v2/c2)
と測定されます。時計は@のとおり遅れているので
t'=t√(1-v2/c2)
と計れます。ですから
速度v'=l'÷t'= l/√(1-v2/c2)÷t√(1-v2/c2)=l/t(1-v2/c2) =v/(1-v2/c2)
です。つまり@とAの時計と定規を使うと速度vは1/(1-v2/c2)倍と測定されます。
 ですから
v慣性系の観測者の見た粒子が引き合い(反発し合い)移動する速度=(1-v2/c2)v×1/(1-v2/c2)倍=v
です。
 このようにv慣性系では、静止時と同じ速さでお互いに引かれて(反発して)動くと観測されます。「速度v=加速度a×時間t」なので加速度aも静止時と同じと観測され、「力F=質量m×加速度a」なので生じる電磁気力Fも静止時と同じと観測されます。

 次は、縦方向です。
 「力F=質量m×加速度a」なので
力F'=√(1-v2/c2)F=m×√(1-v2/c2)a
です。つまり、加速度a'も√(1-v2/c2)倍になります。
 「速度v=加速度a×時間t+初速度0」なので
速度v'=√(1-v2/c2)at=√(1-v2/c2)v
です。つまり、2つの粒子同士が引き合い(反発し合い)移動する速度v'も√(1-v2/c2)倍になります。

 この√(1-v2/c2)倍となった速度v'を@とAのとおり変化した時計と定規で測定すると、幾らとなるでしょうか。「速度v=距離l÷時間t」です。定規の変化はありません。ですから
距離l'=l
と測定されます。時計は@のとおり遅れているので
t'=t√(1-v2/c2)
と計れます。ですから
速度v'=l'÷t'= l÷t√(1-v2/c2)=l/t√(1-v2/c2) =v/√(1-v2/c2)
です。つまり@とAの時計と定規を使うと速度vは1/√(1-v2/c2)倍と測定されます。
ですから
v慣性系の観測者の見た粒子が引き合い(反発し合い)移動する速度=√(1-v2/c2)v×1/√(1-v2/c2)倍=v
です。このようにv慣性系では、静止時と同じ速さでお互いに引かれて(反発して)動くと観測されます。「速度v=加速度a×時間t」なので加速度aも静止時と同じと観測され、「力F=質量m×加速度a」なので生じる電磁気力Fも静止時と同じと観測されます。

U.4つのケースでの磁石の強さ

 以上のとおりv[m/s]で移動しても、横方向も縦方向も生じる電磁気力Fの強さは不変と観測されます。では磁石や観測者Aを移動させて、磁石の力がどの様にAに観測されるかの思考実験をしましょう。
 c[m]の棒を使います。棒の片方の端から電磁波(光)が発射され、もう一方の端に吸収されます。電磁波が1回往復するとF'の電磁気力が生じます。つまり、生じる電磁気力の強さは、単位時間当たりの電磁波の往復回数に比例します。

 この設定で、(1)磁石と観測者Aが静止しているケース、(2)磁石はv[m/s]で移動し、観測者Aは静止しているケース、(3)磁石と観測者Aが共にv[m/s]で並走するケース、(4)磁石は静止し、観測者Aがv[m/s]で移動するケースを考えます。

(1)のケース
 棒の左端Aから右端Bの間を光が往復する時間は、2 秒です。光の速度は、当然C です。2秒間に交換される電磁波の数をa個とします。観測者Aは、磁石の力F=aF'と測定します。

(2)のケース
 カウフマンの実験で、高速移動すると電子は1秒間当たりの電磁波の交換回数が減少し力が加わり難くなり、曲げ難くなりました。
 運動の基準となる「相対的静止系」は、宇宙空間を満たす3次元「ブレーン」です。神羅万象は、この「ブレーン」の振動で表現されます。そして、この「ブレーン」に対して光速度cに近い速度で移動すると、時計は遅れ定規は「ローレンツ収縮」します。
 したがって、長さc[m]の棒は速度vで移動するため、進行方向へ√(1-v2/c2)倍ローレンツ収縮し、長さはc√(1-v2/c2)[m]となります。

 光が棒の端から端まで往復する時間は、棒が「ローレンツ収縮」しなければ2/(1-v2/c2)秒ですが、棒は「ローレンツ収縮」しているので、2/√(1-v2/c2)秒です。
 つまり、2/√(1-v2/c2)秒間にa個の電磁波が交換されるので、2秒間に交換される電磁波はa√(1-v2/c2)個となります。ですから磁石の強さF= aF'√(1-v2/c2)です。故に静止者にはv[m/s]で移動する磁石の強さは、静止時のaF'√(1-v2/c2)÷aF'=√(1-v2/c2)倍に弱まったと見えます。

(3)のケース
 交換される電磁波の個数は(2)のケースと同じで2/√(1-v2/c2)秒間にa個です。
 しかし、v[m/s]で移動する観測者Aの時計は遅れ、1秒間に√(1-v2/c2)秒を刻むので、2/√(1-v2/c2)秒間には2秒を刻みます。
 v[m/s]で移動する観測者Aには、自分の持っている時計で計ると、2秒間にa個の電磁波が交換されていると見えます。つまり、Aから見た磁石の強さF=aF'です。したがって、Aには磁石の強さは静止時と同じと観測されます。

 気を付けたいのは、磁石の力は実際には√(1-v2/c2)倍に弱まっており、この磁石はゆっくりと鉄を引き付けるのですが、観測者AとAの持っている時計がゆっくりと動くので、Aには静止時と同じ速さで磁石は鉄を引き付けていると見えるのです。そう、Aにそのように見えるだけなのです。

 また、v[m/s]で移動する観測者Aの定規は、進行方向へ√(1-v2/c2)倍ローレンツ収縮します。したがって、収縮したc√(1-v2/c2)[m]の長さの棒をc[m]と測ります。
 観測者Aは、電磁波(光)が2秒間にc[m]の棒の端から端まで往復し2c[m]進んだと測定するので、光の速度を2c[m]÷2秒=c[m/s]と計算します。
 このように、移動する観測者Aに光の速度や磁石の力は静止時と同じと見えます。これを「相対性原理」と言います。

(4)のケース  静止している磁石が2秒間交換する電磁波はa個です。しかし、v[m/s]で移動する観測者Aの時計は遅れ、1秒間に√(1-v2/c2)秒を刻むので、2/√(1-v2/c2)秒間には2秒を刻みます。
 2/√(1-v2/c2)秒間に交換される電磁波の数=a/√(1-v2/c2)個です。したがって観測者Aには、自分が持っている時計で計った2秒間に電磁波はa/√(1-v2/c2)個交換されたと見えます。つまり、Aから見た磁石の強さF=aF'/√(1-v2/c2)です。故に、Aには磁石は自分が静止している時に比べて、aF'/√(1-v2/c2)÷aF'=1/√(1-v2/c2)倍強まったと見えます。

V.相対性理論

 ここで、時計の遅れについて補足説明します。静止者をBとします。v[m/s]で移動する観測者Aが時計aを、静止者Bが時計bを持っています。(4)のケースでは、観測者Aの時計aは遅れ、Bの時計bに変化はありません。
 AがBの持っている時計bを見ると、時計bは速く時を刻んで見えます。BがAの持っている時計aを見ると、時計aはゆっくり時を刻んで見えます。
 決して、移動する観測者Aが「自分は静止しており、Bの方が-v[m/s]で移動しているのだ」と強く念じても、時計bがゆっくり時を刻み始めることはありません。

 「ブレーン」が運動の基準となるので、AとBの移動速度は特定されます。
 つまり、観測者Aがv[m/s]で移動しているのです。幾らAが「自分は静止している」と強く念じても、A宇宙全体が-v[m/s]で動き始めることはありません。
 観測者Aの質量をm、残りの宇宙全体の質量をMとします。Aがv[m/s]で動く運動エネルギーE=(1/2)mv2、残りの宇宙全体が-v[m/s]で動く運動エネルギーE'=(1/2)Mv2です。(1/2)mv2≠(1/2)Mv2なので、幾ら強く念じてもエネルギー保存則からAは起こり得ないのです。

 B「お互いに相手の時計が遅れて見える」との主張があります。その主張に沿うと、v[m/s]で移動する観測者Aが静止している時計bを見ると、自分の時計aが2秒を刻む間に2√(1-v2/c2)秒を刻むことになります。静止系での2√(1-v2/c2)秒間に交換される電磁波の数=a√(1-v2/c2)個です。したがって、Aから見た静止している磁石の強さF=aF'√(1-v2/c2)です。故に、静止している磁石は、Aが持っている磁石よりもaF'√(1-v2/c2)÷aF'=√(1-v2/c2)倍弱いと観測されることになります。この思考様式に従うと、全く逆の結果となります。

 Bは『移動する観測者Aが「自分は静止しており、Bの方が-v[m/s]で移動している」と強く念じると、静止者Bが動き出し時計bがゆっくりと時を刻み始める。このように「自分は移動している、否静止している。」と自由に設定出来る。
 故に、観測者Aが「自分は静止している」と強く念じると、A宇宙全体が-v[m/s]で動き始める。』と言う思考様式です。
 しかし既に説明したとおり、そのような怪奇現象は起こりません。ですから、観測者Aから見ると静止している時計bは時計aの2秒間に2/√(1-v2/c2)秒を刻みます。その間に交換される電磁波の数=a/√(1-v2/c2)個なので、静止している磁石の強さは、Aが持っている磁石よりも1/√(1-v2/c2)倍強いと観測するのです。

 気を付けたいのは、磁石の力は実際には変化しておらず、この磁石は通常の速さで鉄を引き付けるのですが、観測者AとAの持っている時計がゆっくりと動くので、Aには磁石は速く鉄を引き付けていると見えるのです。そう、Aにそのように見えるだけなのです。


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