●第7章 光の伝播(でんぱ)法則と相対性原理との見かけ上の不一致(Die scheinbare Unvereinbarkeit des Ausbreitungsgesetzes des Lichtes mit dem Relativitätsprinzip)

 物理学の法則において、光が、真空中を(im leeren Raume)伝播(でんぱ)するさいの法則ほど、簡単なものは、ほかにないであろう。光の伝播(でんぱ)は、秒速30万kmの速度(c=300,000km/sec)をもって、直線的に(geradlinig)起こることは、学校の生徒なら誰でも知っている、あるいは、そう信じている。とにかく、われわれは、すべての色(の光)について、その速度が、同一であることを、あらゆる場合において、たいへん厳密に知っている。というのは、もし、そうでないとしたら、恒星が暗い伴星(Begleiter)によって、掩蔽(Bedeckung:えんぺい、月または惑星が恒星を、おおいかくす現象。星食。)されるさい、各色(の光)について、輻射が極小になる現象(Emissionsminimum)が、同時に観測されることもないであろう。連星(Doppelsterne)の観測についての同じような考察から、オランダの天文学者ド・ジッターも、光の伝播(でんぱ)速度が、発光体の運動速度とは、無関係であることを示すことができた。光の伝播(でんぱ)速度が「空間における」方向によって決まる、という仮定は、それ自体、本当らしくない。
 簡単に言えば、光速度cが(真空中において)一定であるという単純な法則は、学校の生徒たちに信じてもらっても、間違いではないと、まず仮定しよう! このシンプルな法則が、誠実にして思慮深い物理学者を、重大な思考上の困難に陥れると誰が考えただろうか? その困難というのは、次のようにして起こるのだ!
 光の伝播(でんぱ)過程は、もちろん他のすべての過程と同じように、一つの剛体の基準体(starrer Bezugskörper)(座標系)に準拠させなければならない。そのような基準体として、ふたたび、わが軌道堤を選ぶ。その上の空気は除かれていると、考えることにしよう。軌道堤に沿って、光を送ると、前述のように、その光の先端は軌道堤に対して(relativ zum)速度cで進む。そのレールの上を、わが列車は、また速度vをもって、たしかに光の矢と同一方向だが、当然、はるかにゆっくりと進む。われわれは、列車に相対的な光線の伝播(でんぱ)速度を問うている。ここに、前章『古典力学にもとづく速度の加法定理』の考察があてはまることは容易にわかる。というのは、列車に対して相対的に走っている男が、光線の役をつとめるのであるからである。軌道堤に対する、その男の速度Wのかわりに、ここでは軌道堤に対する光速度で置きかえる。すなわち、wは、われわれが求めようとしている光速度であり、これについてはまた

w=c-v

があてはまる。列車に相対的な光線の伝播(でんぱ)速度はcより小さい、ということになる。
 しかし、この結果は、第5章『(狭い意味での)相対性原理』で述べた相対性原理と矛盾する。すなわち、相対性原理によれば、真空中の光の伝播法則は、すべて他の一般法則と同様に、列車を基準体としようが、レールを基準体にしようが、同じことにならねばならない。ところが、われわれの考察によれば、それが不可能のように思える。すべての光線が軌道堤を基準にして速度cで伝播するとすれば、まさに、そこのことのために、列車を基準にした光の伝播法則は、これとは別のものにならなければならない---すなわち相対性原理と矛盾する。
 このディレンマを考えてみれば、相対性原理か、単純な真空中の光の伝播法則かの、どちらかを放棄せざるをえないように思える。これまでの論議に注意深くついてきた読者は、心底では、きっと、自然さかつ単純さのゆえに、ほとんど拒み難く感じている(dem Geiste als fast unabweislich empfehlen)相対性原理(das Prinzip der Relativität)が支持されることを期待し、一方、真空中の光の伝播法則は、相対性原理と結びついた、より複雑な法則に置きかえられることを期待するだろう。しかし、理論物理学の進展から、この道を、たどれないことが示された。運動物体の電気力学的、光学的諸過程について道を拓いたH・A・ローレンツ(H. A. LORENTZ)の理論的研究によると、この領域の経験では、電磁気学的な諸過程に関する、ある一つの理論が、抗い難い必然性をもって(mit zwingender Notwendigkeit)、導かれるのである。そして、その理論からは、真空中の光速度が一定であるという法則が避けるべからざる結論となるのである。このために、指導的な理論家たちは、むしろ、相対性原理をなくしてしまう方向に傾いていた---この相対性原理に矛盾するような経験的事実は、何一つ見いだせないにもかかわらずである。
 ここに相対性理論が登場した。時間と空間についての物理的な概念を分析することによって、現実的には相対性原理と光の伝播法則との間との不一致は、まったく存在しないこと、それどころか、この二つの法則を組織的に、しっかり把握することによって、論理的に文句のつけようがない理論(logisch einwandfreie Theorie)に到達することが示された。この理論は、のちほど言及する予定の、その拡張理論(訳注:一般相対性理論)と区別するために『特殊相対性理論』と名づける。以下において、その根本思想を述べよう。(特殊および一般相対性理論について アルバート・アインシュタイン KM訳 1916年より)

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