カテゴリー: 光

昨今自分の脳裏をかすめるのが、スイングバイ。です。

はああ
って言うかもしれませんが、宇宙好きの私にとってこれは結構難問です。

スイングバイを知らない方の為に、簡単に説明すると、
天体を使って、宇宙船の方向を変えて、速度を変える手法です。
峠のコーナーを攻める８６のヒール＆トーでシフトダウンした時に似ています。
と訳のわからないことを言ってしまいましたが。

天体の静的エネルギーを利用して、
宇宙船の速度を上げたり下げたりできるのです。
例えば、天体の前を横切ると、速度が落ちます。
天体の後ろを通ると速度が上がります。

理由はざっくり言うと、天体が進んでる方向に出ると、
天体の動的エネルギーをもらって早くなります。
天体が進んでる方向と逆に出ると、
天体の動的エネルギーが奪われて遅くなります。

まあ、トラックの荷台からボールを投げた時に、
進行方向に投げれば、トラックのスピードにボールの速度が付加され、
後ろ向きに投げれば、トラックのスピードからボールのスピードの分遅くなるのと同じ原理です。
こんなのでわかるかなあ。

光もスウィングバイ

光は重力レンズ効果で屈折させられることは、
アインシュタインが予想して、実際に太陽の裏に隠れている天体が見えたことで、証明されたのです。

光が動的エネルギーだと考えると、
曲がるんだろうなと勝手に思っていましたが、
現在の物理では、光は粒子と波の性質を持つってことになっています。

なぜ一つのものを２つの別物にしたか不思議です。
私なら、搬送波＋エネルギーで合体して
搬送波に乗ってエネルギーがやってくる。
かな。
トラックが、荷物を運んでくるような感じ。
です。

質量とエネルギーは同じとみなすことができてE＝mc²だから、
エネルギも質量も同じだと考えれば、光もスウィングバイするかもです。
もしも、光エネルギーがE_Lとすれば、
光の質量m_Lは、

m_L = E_L / c²

になります。
しかし、光速は宇宙で一番速い速度だから、速度は変わらないかもしれませんが、
いや遅くなることはあるかもしれない。
それはまた考えることにしよう。

しかし、光の進行方向が、変わることは確かです。

ちなみに動いている光って、見えないです。
何かにぶつかって、光エネルギーが光（波）に変わってはじめて見えます。
だから、障害物の無い宇宙は暗いのです。
もし動いている光が見えたら、
宇宙中明るくて大変なことになります。
宇宙はうまくできている。と感心。

さて、光のスイングバイは、質量エネルギー変換でわかったことにしましょう。（勝手に終わる）

次に、スイングバイの仕組みをエネルギーバランスで説明しようと思っているのですが、
これがなかなか難儀です。

このように考えてみました。

スイングバイをエネルギーバランスで考えてみた

上図だけではなんのことやら分からないと思いますが、

をイメージしています。

例えば、太陽の周りを回っている、地球から宇宙船が発射されて、
木星でスイングバイすることを考えてみます。

地球から脱出する為には、地球からa1離れたところで、
静的エネルギーSa1の２倍以上の動的エネルギーが必要となります。
それはともかく、地球を脱出して木星に向かって宇宙船が飛行しています。

m２は木星の質量です。
木星の影響圏内に、
宇宙船が入ってきたとします。

どこから木星の影響圏かというと、
影響圏判定を使えば太陽が親か木星が親かが判定できます。

今回は、R：影響圏の境界で木星のテリトリーに入ったとします。
２S_R：m２の静的エネルギーの２倍がテリトリーの境になります。

位置Rの宇宙船の動的エネルギーをA_Rとします。
A_xRを円軌道方向の動的エネルギー
A_YRを中心天体方向の動的エネルギーとすると
A_R=A_xR＋A_YRに成ります。
A_xR=２S_Rになります。

ここで、宇宙船が、b：最近点の位置まで近づいたとします。

aを基準軌道半径とすると
A_YR=A_R-A_XR=Saとなり、位置aの静的エネルギーになります。
これから、A_R、A_XRは既知なので、基準半径aはわかります。
bは 2 x a　になりますので、最近点の位置bがわかります。

最近点まで移動すると、
中心方向の静的エネルギーSaと
位置bの動的エネルギーAbが等しくなりバランスします。
バランスすると今度は、静的エネルギーの低い方に宇宙船は動き始めます。
そしてRの位置まで戻り、木星の影響圏を脱出し、再び太陽が親になります。
詳細は、このブログを参照してください。

上の説明は、木星が止まっていると仮定した場合ですが、
実際は木星は動いています。
宇宙船の親が木星になった瞬間（木星の影響圏に入った）に、
軌道慣性で木星の動的エネルギーが継承されます。

木星のトラックに、宇宙船が乗るイメージになります。
そして出口では、木星の動的エネルギーを受けたまま放り出される為、
木星の進行方向に放り出されれば速度が上がり、
進行方向と逆に放り出されれば速度が下がります。

そして、木星の影響圏を脱出した宇宙船は、
太陽の影響圏に入って、
再び、太陽を中心天体とした、
楕円軌道を描くことになります。

これが私が考えた、スウィングバイの原理なのですが、どうでしょうか。

光は、確かに二重の性格を持ちますが、粒子と波なんだろうかわからん。と云うのが本音です。そこで、私は。こう考えた。

光はエネルギーを運搬する搬送波

だと。そのエネルギーは、何かに波が衝突した時点で、下ろされる（搬送終了）エネルギーがねつに変わったりするのではないかと。そう考えると、全てに画展がいく。

そして、搬送している間に、積んでるエネルギーがだんだん減って、１３８奥光年でエネルギーがゼロになる。と考えると、赤方偏移も納得できる。

そして失われたエネルギーが宇宙背景放射線って考え方もできる

エネルギーは質量と同等なので、重力レンズ現象も説明できる。

この考え方どうでしょう。この考え方だと、ビックバン理論はなしですが。

光は、粒子性と波動性の二重性格を持っている。これは実験で証明されている。

そもそも光って電磁波なので、光も電磁波も同じような構造をしているはずである。それはさておき、光は物にぶつからない限り、見えない。ぶつかってはじめて、色として人間の目が認識できる。１３８億光年の光も人間の目に届いてはじめて光ということがわかる。

そこで、光をエネルギーを持った搬送波と考えられる。粒子ではなくエネルギーである。当然、搬送波は波なので波の性質を持ち、衝突することによってエネルギーが到着する。ということになる。

以前の赤色偏移のブログでも述べたが、搬送しているうちに、搬送しているエネルギーが減少して１３８億光年搬送するとエネルギーがゼロになる。搬送中におとしてきたエネルギーが背景放射になる。これらは、実験していなので、予想にしかすぎないのですが。だれかチャレンジしてくださるとありがたい。

光速度一定の原理

（EMANの物理学）より

特殊相対性理論；アインシュタインが論文の中で言いたかった事を要約すれば次のようになる。 「マックスウェルの方程式をいじって求めた結果を怪しまなくても、次の二つのことを認めるだけで同じ結果、すなわちローレンツ変換式が導ける。だからこの二つを受け入れて、物理学を、特にガリレイ変換を見直してはいかがでしょう？　力学の法則もローレンツ変換に従うと考えるのです。」 
その二つというのは、 
・光の速度は光源の速度に依らない 「光速度不変の原理」 
・どんな慣性系でも物理法則は同じ 「相対性原理」 
光速度は誰から見ても一定；広く知れ渡っているように、光速度はどの慣性系から見ても同じ値の定数である。　これは観測事実である。 このことは上で説明した二つの原理から導く事が出来る。（EMANの物理学）

特殊相対性原理； 電気力学と光学（電磁波）についての法則が、力学の方程式が成り立つようなすべての座標系に対して成り立つ。
光速不変の原理； 光（電磁波）は真空中を、光源の運動状態のいかんにかかわらず一定の速度 c で伝わっていく。（Wikipedia 特殊相対性理論）

結局、発光源と受光者がどんな速度で移動していても、光の速度は一定ということです。

宇宙エネルギー構造からみた光速度

宇宙での最大の速度は光速です。記号はcです。光速は1.08e9km/hくらいである。質量があれば、速度はcより小さくなるはずです。すなわちエネルギーは質量=0と考えて差し支えない。言い換えれば、質量＝０のエネルギーが光速cで移動していると考えても差し支えない。質量がないから、加速度もないだからいきなり光速になる。だから、どんな速度の光源から発した光の速度は、光速度になる。その光は、動いている間は、見えなくて、なにかにあたって初めて可視化できる。だから、計測するには、何かにあたった瞬間にどのくらいの距離をどの位の時間で進んだのかがわかる。だからどこんな速度で移動している受講者（観測者）も同じ速度の光を観測になる。つまり、光速度の観測の仕方がポイントになるのではないか。そもそも、光速度一定の法則がわかったのは、マイケルソン・モレーの実験で失敗したからである。

マイケルソン・モーレーの実験（Wikiペディアより）

マイケルソンはエーテルの流れを検出するに十分な精度を得られる実験方法を考案した。これは今日マイケルソン干渉計と呼ばれる装置である。まず、光源から出た白色光線はハーフミラーを通り、二つの互いに垂直な光線に分割される。それぞれの光線は、しばらく進んだ後に鏡で反射され、中央に戻ってくる。そして検出器の上に重ね合わせると、それぞれの光線が光源を出てから検出器に到達するまでに費した時間に応じて、干渉が起こる。光線が費した時間が僅かでも変化すると、干渉縞の位置が動くはずである。

もしエーテルの風が地球の自転にのみ由来するのであれば、風向きは12時間ごとに反転する。また、一年を通しても、半年ごとに風向きが変化しなければならない。この風向きの変化は、干渉縞の移動として検出されるはずである。これは、川を行く船の例で考えることができよう。船はスクリューにより時速50 kmの速さを得ることができ、川は時速5 kmで流れているとする。このとき、川を横切るように10 kmの距離を往復するならば、少し下流に流されることを気にしなければ、0.4時間で帰ってくることができる。しかし、上流から下流10 kmの地点までを往復するならば、行きは0.182時間、帰りは0.222時間要するので、合計で0.404時間かかる。同様に考えて、エーテルの風に対し垂直に進む光線に比べ、平行に進む光線は、往復に僅かばかり長い時間を要する。すなわち、エーテルの風向きによって干渉縞が移動するのである。実験は、エーテルの流れが太陽から見て止まっていると仮定し、地球の運動により引き起こされる干渉縞の移動の測定を目的として行われた。

マイケルソンは1881年にいくつかの実験を行った。予想された干渉縞の移動が、縞の間隔を1として0.04であったのに対し、検出されたのは最大で0.02であった。しかし、彼の実験装置は試作品であり、実験誤差が大きかったために、エーテルの風について結論を出すことはできなかった。エーテルの風を測定するためには、さらに高精度な実験を行う必要があった。とはいえ、この試作品は、実験手法の有効性を示すには十分であった。

そしてマイケルソンはモーリーと共に改良型の装置を作成し、干渉縞の移動を検出するのに十分な精度を得ることに成功した。彼らの実験では、光は何度も反射されてから検出器に到達するため、光が移動する長さは11 mに及んだ。このため、予想される干渉縞の移動は0.4であった。検出を容易にするため、この装置は石造りの建物の地下室に配置され、熱や振動の影響は最小に抑えられた。振動を抑えるための工夫として、装置は大理石の巨大なブロックの上に置かれ、そのブロックは水銀のプールに浮かべられた。彼らの計算によれば、振動による影響は、期待される干渉縞の移動の100分の1以下であった。水銀のプールには別の利点もあった。すなわち、装置の向きを容易に変えることができたのである。向きを変えながら実験を繰り返すことにより、エーテルの「風向き」を検出することができたのである。