やさしい物理講座ⅴ140「『光は重力の影響を受けない』で『一般相対性理論』を論破する」

 　色々な物理学の専門書を読むと『一般相対性理論』が正しいという前提で執筆されている。
　『一般相対性理論』には重力は空間を歪める。だから真っすぐ進む光は歪んだ空間を進むから結果的に「光は重力で曲がる」と結論を出している。そして、その理論の展開に「速度を増すと時間の遅れ」が生じるなどと矛盾が解説されている。
今回はその中の一部の「光の質量」を取り上げて解説する。

　　　　　皇紀2684年12月28日
　　　　　さいたま市桜区
　　　　　理論物理研究者　田村　司

電磁場と重力場の考察

　重力場において光も曲げられるという一般相対性理論は電磁力学におけるは別物であるにも拘らず混同して理論を構成している。
以前掲載したブログにおいて光の発生方法を解説した。

やさしい物理講座ⅴ118「光（電磁波）の発生方法（蘊蓄）」｜tsukasa_tamura

アインシュタインの一般相対性理論の根本的なまちがいは「光子」という素粒子に質量があるように思考実験をしている。
一般的に、量子力学的な解説をするならば、光は電磁力学的な「波動性」と量子力学的な素粒子の概念として、エネルギーE＝hνの「粒子性」があると解説されている。
アインシュタインは光電効果の説明をE＝hνの粒子（光子）の流れだと解説している。
しかし、波動性と粒子性の「光の2重性」は「光は空間を波として伝わり、物質によって放出・吸収されるときは粒子として振る舞う」と理解されている。｛原康夫著『量子力学』岩波書店　1994.6.6　第1刷発行　p4、5　光の2重性｝

再度言い方を変えると「光の波動性は光が空間を波動として伝播するときに表現される」

そして真空中の光の速度はｃ（定数）で表されるように早くも遅くもならない。つまり、加速も減速もできない。

ただし透過するの媒質によって光の波は電場が磁場を誘発し磁場が電場を誘発して交互作用により媒質中を伝播する。
　比誘電率は現象・測定法において、屈折率と全く違う。
しかし、n=√ε、ｎ＝ｃ/ⅴ、n=λc/λv　の関係が見出すことができる。
以上から、抵抗、分極、誘導作用、位相の変化の早遅の相互作用により、光の速度は遅くなる。
物質の種類、状態つまり、混合物、密度、圧力、温度、光の振動数、そして媒質の運動によって光速度が変化する。
やさしい物理講座ｖ23「運動している物質中の光の振る舞い」｜tsukasa_tamura

光の屈折の考察

　光は物質（原子・電子の電場）を媒質として透過するときにその物質内の原子・電子の電場の影響を受けることは知られている。その媒質の濃度によっても光を曲げる現象（屈折）を起こすのである。このように、屈折は「重力」によるものではない。遠方から届く星の光が「太陽の重力に曲げられる」とか、「重力レンズ」という現象は一般相対性理論の証明にしているが、これらは我々が理科実験室で眼にする光が物質を透過する「光の屈折」に他ならない。
　宇宙空間は「完全な真空」ではない。太陽のような星が輝きを失いたが重力だけが存在する巨大な星をここではブラックホールと定義する。その強い重力による周辺の宇宙空間物質への影響は、重力が宇宙間ガスを引き寄せて中心からの距離に比例して濃度が変わる。その濃度の違いが光の屈折現象を生み出す。

つまり、光（素粒子・電磁波）にブラックホールの重力が直接的に影響したのではなく、ブラックホールの重力の影響による質量のある気体（水素70％ヘリウム28％他ダークマター　）の密度が増して、それが屈折率を増加させて、光は通常の物理現象の屈折で曲がったのである。「重力が光を曲げた」のではなく、「重力が質量のある気体の密度（疎・密）に変化を起こし、それが屈折率にという現象を起こし、屈折した」というのがリーズナブルであろう。
以前のブログでも解説している。
やさしい物理講座ｖ31「ブラックホールが宇宙空間ガス物質で作り出す現象の光の屈折」｜tsukasa_tamura
やさしい物理講座ⅴ101「重力レンズの正体は光と透過物質（宇宙空間ガス）の屈折である」｜tsukasa_tamura
やさしい物理講座ｖ16「光粒子（素粒子：電磁波）と物質の相互作用」｜tsukasa_tamura

「光子」を加速・減速させることが可能か。

　量子力学では「素粒子『光子』は質量がない」と定義されている。光は「電場」と「磁場」が交互に発生して伝播する「電磁波」であり、慣性力の働かない。慣性力が働かないということは「慣性質量」が「０」である。
　物理学的にはかつて、動かし難さを指す慣性質量 (inertial mass)と、万有引力による重さの度合いを指す重力質量 (gravitational mass)の二通りの定義が存在したが、現在の物理学では等価とされている（等価原理）。
　そして、この等価原理に従えば、慣性質量＝重力質量＝０が成り立つ。つまり素粒子「光子」には慣性力が働かないということは重力も働かない（重力の影響を受けない）ということが成り立つ。
　つまり、重力は、素粒子でも質量のあるものに働くが素粒子「光子」には働かないのである。
　前述したように光（電磁波）の2重性は、電場・磁場で空間を伝播する電磁波となる。物質に吸収・放出されるときにエネルギーの粒としての素粒子・光子の顔を表すと理解すると「重力で光が曲がるということ」が理論的には間違いである。

結論、

『光（電磁波・光子）は重力の影響を受けない』の根拠により『一般相対性理論』は成り立たないことの証明である。そして重力と電磁力は別な力であり統一されない。

次回は、やさしい物理講座ⅴ141「光速度と時間の解説」について　掲載する