33年の時間を巻き戻し天文少年ならぬ天文壮年へ再入門。隊員1名、200mm、65mmの望遠鏡と双眼鏡で星空を楽しんでいます!
自由空間における光の速度は一定でないことを初めて証明
2015-01-29 Thu 05:00
・自由空間において光の速度は一定でないことが、初めて証明される
 「自転車レースの集団と同様、全体としては光速で移動しているが、「選手」にあたる個々の光子の速度はそれぞれ異なるわけだ。」ってことは、一個一個の光子を取り出して、お前は光速以下光子、お前は超高速光子って名札をつけられるってことか?そうであるならば減速した光子が見つかったことよりも、その相棒である超高速光子の存在の方が遥かに興味深いのではないだろうか。朝永先生の「光子の裁判」を久しぶりに読みたくなった。
 いずれにしろ新発見なので、どこかの分子生物学業界だとバッシングを受けてボコボコにされそうだが、物理学業界は大丈夫だろう。
別窓 | 物理ネタ | コメント:7
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この記事のコメント
面白いニュースをありがとうございます。
これはなかなか衝撃的なタイトルですね。

 論文が
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1411/1411.3987.pdf
にみつかったのでまた読んでみます。

 アブストラクトをざっと読むと、これはビームのバンチが有限の大きさが持つときに干渉でその形状の空間的、時間的発展が変わるという主張ではないかと思います。1つの光子の群速度とかよくわからない概念が出てきますが、そもそも、実験的には、それぞれの光子の速度は測定できないはずです。(複数の光子がある場合に、どうやって単一の光子を2度測定するのでしょうか。そもそも光子数自体も確定しているのか) 量子力学では、観測できていない部分は、多くの場合、原理的に確定してないので、こういうことはあってもいいのでしょうね。

 素粒子実験でも、同様の状況は起こりえますが、エネルギーの高いガンマ線になると、光子はそれぞれ単一に振る舞う傾向が強くなるので影響は見えなくなるでしょう。一方、中性K中間子やニュートリノでは似たような飛行中の振動が起こることがよく知られています(これは、質量の異なる複数の成分が混じっているためで、質量のない光子とは多少事情が違います)
 
>その相棒である超高速光子の存在の方
 おそらく速いほうは、不確定性関係の範囲でしか生じないと予想します。 因果律にひっかかるようなことは起こらないでしょう。まあ論文を読んでみましょう。
2015-01-29 Thu 09:06 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
解説にあるような自転車レースの比喩ではまったく納得できませんので、何かわかりましたらまた教えてください。

さっそく朝永先生の「光子の裁判」を読んでいます。別冊日経サイエンスに『「光子の裁判」再び 波乃光子は本当に無罪か』という記事を見つけました。タイトルからしてこれも面白そうです。
2015-01-30 Fri 15:53 | URL | かすてん #MLEHLkZk[ 内容変更]
論文を斜め読みしてみましたが、私にはテクニカルなことも原理的なこともわからず、やはりこの道の専門家でないと判定は難しいようです。
 それでも、だいたいの論法の道筋は以下のようだとわかりました。多少怪しいですが、何となくご参考になれば幸いです。

(1) 光子1個の速度は、光波として見た場合の「群速度」と同じである。

(2) 群速度は、光波が分散関係を持つ場合は、真空中の光速よりも遅くなることがある。

(3) 特殊な(薄い)フィルタ(あるいは反射板)で、光波に横への広がりを持たせた場合は、それは自由空間でも分散関係を持ちうる。

(4) (3)の状況は、光波が1個の光子からなる場合も成り立つ。

(5) 従って、自由空間の光子1個の速度が真空中の光速よりも遅くなることがあって良い。

(6) 実際に実験してみると遅くなった。しかも、その遅くなった量は不確定性関係の予想値よりもはるかに大きいので、これまでに知られている現象(有限口径による回折などによる現象)とは本質的に違う。

 という論法です。納得がいきますでしょうか。私にはわかりませんが、望遠鏡光学に詳しい方は、あるていど推論が効くかもしれません。(1)、(2)は既知、(4)は朝永先生の「量子の裁判」で光子さんが1人で横広がりを持てる陳述有り、として、(3)と(6)で、光子1個について不確定性関係以上の速度差が生じるかどうかは直ちには信じがたいです。
 
 また、実験では、1個の光子の発生源から到達点までの時間を完全に平面波の光と比較して測っているとのことですので、光子は1個1個飛んでいるようです。しかし、これで、直ちに、自由空間での光子1個の経路と速度を厳密に測ったことになるのかもよくわかりません。

[追記]
 この実験は、光波(光束)の進行方向に対して横の方向への広がりを利用して減速すると主張していますので、同じ原理で「増速」することはできないように思います。
2015-01-31 Sat 09:48 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
ご説明をありがとうございます。
でも良く分かりませんね。
自由空間と真空を区別しているところがミソでしょうか。
「減速」の理屈で「増速」できないのはまことに残念です。
2015-02-02 Mon 22:21 | URL | かすてん #MLEHLkZk[ 内容変更]
>でも良く分かりませんね
 本当にわかりません

>自由空間と真空を区別している
 それもわかりません。自由空間と真空の定義はなんでしょうか?

 真空:物質粒子が無い空間(電磁場はあってもよい?)
 自由空間:電荷密度、電流密度が無い空間(静的な電磁場はあってもよい?)

 金属板または鏡で囲まれたような電磁場に境界条件のあるような空間も自由空間でしょうか。よくわかりませんね。

 わかる方の解説を待ちましょう。
2015-02-03 Tue 16:07 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
詳しいことは『パリティ』で専門家が近く解説するのをお待ちくださいと大槻先生が書いていましたので、それが出た頃にまた教えてください。
2015-02-03 Tue 21:11 | URL | かすてん #MLEHLkZk[ 内容変更]
>『パリティ』
 待つことにいたしましょう。
2015-02-04 Wed 20:48 | URL | S.U #MQFp2i1U[ 内容変更]
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