gyoのSF界、マイケルソン・モーレー様 目次へ戻ります。 マイケルソン・モーレーの光干渉装置 (微調整装置付) ↓ 141210８ −−−− ｜７←(微調整装置付) ６｜ ｜５ ４｜ ｜３ ２｜ ｜１ ○ ／ ↑ 半透過鏡 望遠鏡 １〜14は反射鏡に付けた番号です。 −−−☆ 1311９↑ 光源 光源(☆)からの光は半透過鏡により２つの経路に分かれて進みます。 １２３４５６７６５４３２１○の経路と ８９101112131413121110９８○の経路です。 それぞれの経路長は十数ｍです。 この２つの光は○(望遠鏡)で再び一致しここで光の干渉が起きると考えて 作られた装置です。 光源の周波数はあるひとつの値を持ち、他の周波数は含まないとします。 光は平面波の形状を持っているとします。 半透過鏡をまっすぐに通過した光については、縦縞の明暗ができるかは確 認していません。たぶんできないと思います。この理由を書いておきます。 ：↑ ／ ： ／ ←半透過鏡 ／ ／ ／： ／ ／ ／ ／： ／ ：↑ 光源 ↑ ／ ・／↑ 下から上に向かって光の平面波が伝わ ↑ ／ ｜ ります。 ：／・ ｜ 半透過鏡の入射面Ａに届いた光は、半 ／ ・ ｜ 透過鏡内に散乱され扇形に広がります。 ↑ ／： ・ ｜ Ａを中心に弧ＢＣになります。 ・／ ： ・ ｜ Ｄからも同様に光が扇形に広がります。 ↑ ／ ：＊Ｆ ｜ Ｄを中心に弧ＥＦになります。 ：／Ｅ＊＊： ・ ｜ これらの弧は入射時点のＡやＤでの位 ／ ・ ： ・ ｜ 相差があり、また空中と半透過鏡内で ／： ＊＊Ｃ ・半透過鏡 の光の伝達速度の差により、弧ＢＣと ／ Ｂ＊＊・ ： ・ ｜ 弧ＥＦは、ずれます。 ： ・： ・ ｜ このずれが、半透過鏡からの出口で干 ： ・： ・ ｜ 渉しあいます。 ： ： ・ ｜ ＡとＤの間でも同様なことが起きます。 ： ： ・ ｜ これらの干渉を総合して干渉縞が形成 ： ：・・ ｜ されると考えます。 ： ：・・ ↓ しかし、光の平面波は下から上に移動 ：： ・ ／ してきます。このため干渉縞は半透過 ：： ・／ 鏡の出口の面を左下から右上に光速度 ： Ｄ 前後の速度で移動します。この干渉縞 ：／・ の移動速度に人間の目は対応できず、 Ａ ・ 干渉縞は見えないと思います。 ／：↑・↑ ／＊＊＊＊＊＊←光の平面波 マイケルソン･モーレーの光の干渉は、光の経路に対して４５度に傾けて置 かれた半透過鏡の反射により、縦縞の明暗ができます。 ／ ／ ／ ／ ／・／・・・ ／：／： → ／ ： ／： ： ：↑：↑ 半透過鏡には、手前側と奥側の２つの表面があります。 手前の面で反射された光と、奥の面で反射された光が干渉し合い、縦縞の 明暗が作られます。 この縦縞の明暗は、光の経路を９０度に曲げる場合のみ作られます。 ／←――――半透過鏡―――――――→／ → ／ ｄ ／ −−−８ ６−−−−−−−−−−−−−−−−−７−−−− ／： ｄ ／： ｃｅ ／ ：ｄ ／ ：ｅ ／ ： ｂ ／ ： → ２−−−−−−−−−−−−−−−−−３−−−−−−−−−−−４ ／： ｂ ： ／： ａ ： ／ ：ｂ ： ／ ： 45度 ← ： ： ／45度： ： ＼ ： ｄ： ／ ： ： ＼ ： ：５ ： ： ＼ ： ／： Ｌ： ： ｔ ： ／ ：ｃ ： ： ＼ ｂ： ／ ： ： ： ＼ ：１ ： ： ： ＼ ／： ： ： ： →／ ：ａ ： ： ： ／ ：↑ ↑：↑：：↑ ／ ： ： ：： ／ ： ：：： ／ ： ：：： ／ ： ：：： ／ ： ： ／ ：： ／ ０ ／ 光源 光の０−３の線と、半透過鏡の１−５−３−７の面との角は45度です。 半透過鏡の手前の面と奥の面は平行です。 ａｂｃｄｅはそれぞれの場所での入射角、反射角、屈折角を表します。 入射角と反射角は等しいです。屈折角は入射角と屈折率により決まります。 光源０から３までの長さをＬとします。半透過鏡の厚さをｔとします。 0-1-2-3-4の経路の光は0-3-4の経路の光と干渉します。 0-5-6-7-8の経路の光は0-7-8の経路の光と干渉します。 ３の場所から４に向かう２つの光の屈折角ａ度と反射角45度は異なります。 しかし２つの光は干渉しあった後光源からの延長方向へ共に進むとします。 ７の場所から８に向かう２つの光線も同様になると考えます。 (0-1)線長 ＋(1-2)線長＋(2-3)線長 −Ｌ Ｌ 2t ＝ ―――――――――― ＋ ――― −Ｌ sin(45-a)+cos(45-a) cos b (0-5)線長 ＋(5-6)線長＋(6-7)線長 −(0-7)線長 Ｌ 2t Lsin(e-45) ＝ ―――――――――― ＋ ――― −( ――――― ＋ Lcos(e-45)) sin(45-c)+cos(45-c) cos d tan(90-e) それぞれの式の長さが、波長の整数倍なら、明るい縞になります。 半波長分ずれたら、暗い縞になります。 これら２つの式の差が光の１波長と等しくなる場合、スクリーンに映し出 された隣同士の干渉縞になります。 これらの式を使えば、ある角度以内に干渉縞が表れる本数を求められると 思っています。 上の式の三角関数式の算出について書きます。 三角形0-1-3の0-1の長さを求める方法は次のように求めました。 ３ ・―――――――― １−Ａの線で三角形を上下に分けま ・・ ↑ ↑ す。 ・ ・ ｜ ｜ 上の三角形の１−Ａの長さ ・45度・L-xcos(45-a) ｜ ＝下の三角形の１−Ａの長さ ・ ・ ｜ ｜ なので ・ 90度・ ↓ ｜ L-xcos(45-a)=xsin(45-a) １・―――――・Ａ―― ｜ ・ ・ ｜ ・ ・ ｜ ・ ・ Ｌ ・ ・ ｜ ・ ・ ｜ ｘ・ ・ ｜ ・ ・ ｜ ・○・←(45-ａ)度 ｜ ・ ・ ｜ ・・ ↓ ・―――――――― ０ 三角形1-B-2の1-2の長さは次のように求めました。 ２ t ・―― cos b=―― ・・ ｜ x ・ ・ ｜ ・ ・ ｜ ・ ・ ｜ ・ ・ ｜ Ｂ・90度 ・ ｜ ／ ・ ・ ｘ ＼ ・ ・ ｜ ＼ ・ ・ ｜ ＼ ・ ・ ｜ ＼ ・ ・ ｜ ｔ ・ ・ ｜ ＼ ・ ・ ｜ ＼ ・ｂ・ ｜ ＼ ・ ・ ｜ ＼ ・・ ｜ ＼ ・―― ／１ 三角形0-3-7の0-7の長さは次のように求めました。 ７ ・ ・・＼ ・ ・○＼ ・ ・ ↑ ＼←この線は３−７の線に垂直 ・ ・ ｅ度 ・ ・ 三角形０−３−７を３−Ａの線で ・ ・ 分けます。 ・ ・ Ａ−３の線と０−７の線は直交し ３ ・ ・ ます。 ・―― 90度・ ０−７の線の長さをｘとします。 ／・ ―――・Ｃ 上の三角形のＣ−３の線の長さ ／ ・ ・ ＝下の三角形のＣ−３の線の長さ 45度・ ・ なので ・ ・ tan(90-e)×(x-Lcos(e-45)) ・ ・ =Lsin(e-45) ・ ・ ・ ・ Ｌ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ０ この場合にも光の平面波は下から上に向かって移動します。しかし90度に 反射する場合は、干渉縞が出口面を光速度前後で移動することはなく、位 相差が出口面で固定していると考えます。このため縦縞の干渉縞が観測で きると考えています。これについては図を検討していただけばよいと思い ます。 マイケルソン・モーレー様、質問があります。あなた方の装置は本当に光 が干渉するのでしょうか。光源からの光を２つの経路に分け十数ｍ通過し た後、経路を合致させ干渉させますが、本当に干渉が起きるのでしょうか。 あなた方の装置には、経路長を微調整する仕組みがあります。その微調整 を使って、干渉が起きるのでしょうか。片方だけの調整では、私の疑問は 解けません。この意味はお分かりだと思います。 この経路長の微調整の装置は物理学辞典の図からは、光の波長である数百 ナノメートル程度の距離の調整ができるとは思えません。これでは光の波 長が測定できるとは思えません。微調整の精度は光の波長と同じ程度なの ですか。現代科学者にはこのような精度は必要ないと言われる方がいます が、私は必要だと思います。 あなた方の装置は、数百ナノメートルの精度で光の干渉が起きることを実 証してみなければならない装置なのです。微調整でその干渉が実際に起き るかどうかを実証してから、結論を出すべきだったと思います。 ところで、あなた方の時代に、光の波長が数百ナノメートルである事は、 解明されていなかったのではないのでしょうか。だから、微調整の精度に までは気が回らなかったのではないのでしょうか。 それに、十数ｍも別の経路を進んだ光が干渉によって暗くなり、光が消え る事が現実としてありえるとは思えないのです。ひとつの光源からの光を 別々の経路を通過させた後、光の干渉によってまったく消し去ることが、 あなた方の作られた装置で可能でなければならないのですが、この点につ いてどのようにお考えでしょうか。 ２つの経路の光の位相が一致すれば、望遠鏡では明るい光が観測されます。 −−−＊−−−＊−−−＊−−−＊／＼ −−−＊−−−＊−−−＊−−−＊＼／ 明るい光が観測できます。 →２つの経路の光の進行方向 望遠鏡 ２つの経路の光の位相が180度ずれれば、望遠鏡では光を感じません。 −−−＊−−−＊−−−＊−−−＊／＼ −＊−−−＊−−−＊−−−＊−−＼／ 望遠鏡通過後、光が消えます。 また、光の経路は十数回も鏡で反射を繰り返しています。鏡の平面度の精 度は確かなのでしょうか。鏡面が凸凹したりゆがんでいると、光の位相が さまざまにずれ、干渉できなくなるのではないでしょうか。 位相がさまざまにずれると、青みを帯びた色になると私は考えます。遠い 景色が青みを帯びた色に見えるように。また空が青く見えるのも同じ理由 からと考えています。 また、鏡面は、奥の面だけでなく、手前の面でも光が反射されていること も考慮しなければならないと私は考えます。これによっても光の位相のず れが生じます。この点についても、どのようにお考えでしょうか。 今、気がついたのですが、微調整の装置は２つのそれぞれの経路の光を、 干渉を観測する望遠鏡に返すための、反射角を調整するための物で、経路 長を調整するものではないのでしょう。だとすれば、私の疑問は、あなた 方には考慮されていなかったと思えます。 マイケルソン様もモーレー様も100年以上前に活躍された人たちでした。 今はもうお二人ともお亡くなりになられていると思います。ということで、 お答えは、いただけないと思います。残念でした。同じ世代の人の中に、 私と同じ疑問を持った方がおられたと思いますが、その方にはどのような お返事をなされたのでしょうか。その書簡が残っていてほしいと思います。 今、あなた方の実験が相対論を支える柱の一つになっているのです。私は あなた方が作った柱を取り去りたいと思っているのです。ただし実行でき るだけの行動力がないのです。お笑いください。 先頭へ戻ります。