おしえて№519 投稿者　ジェリーさん
　光の速さってどうやって計るんですかね。(あまりに速すぎて計りきれないと思うんですが。)
浜ちゃん

　 変調した光（周期的に明るくなったり暗くなったりというような）を光源として、その光を２つに別けて、一方は直接測定器に、もう一方は鏡を使って長い距離を進んでから測定器に入れるようにします。 そうすると、２つの信号に（一方は長く空中を伝播したので）ずれが生じます。このずれ（位相差）と距離との関係から光速を求めます。例えば、１００MHｚ（１秒間に１億回の振動）で変調した光を使って、１周期ずれる距離が3mと測定されれば、光速は３ｍの１億倍で３億ｍ＝３０万ｋｍというふうに測定できることになります。（実際は、もうすこし遅い変調で、距離の方をもっと長くして精度をあげますし、距離を変えながら何度も測定し、それを統計処理して誤差を低下させます）鏡で反射させて往復３ｍだと片道1.5mですから、そんなむちゃくちゃ大きな装置じゃなくても大丈夫だというのが判るでしょ？　実際、大学などの実験では実際に光速を測定するというのが有るようです。

くろぅさん

　 次のページに原理がわかりやすく紹介されています。内容を抜粋します。ページは子供向けですが、イラストでわかりやすく説明されています。(リンク切れ)
　光の速さは、１秒間に約30万キロメートル、地球を７回り半する速さです。これを最初に調べたのは、デンマークの天文学者レーマーでした。レーマーは、木星の月を観測しているうちに光にも速さがあると考え、その速さを求めました。その後、フランスのフィゾーやフーコー、アメリカのマイケルソンといった科学者たちにより、光が鏡ではね返る性質を使って、地上でも光の速さが調べられるようになりました。
　現在では・・・ 　レーザーなどを使って、光の速さをはかるそう置は発達してきましたが、現在でも原理的には、フィゾーやフーコー、マイケルソンの行ったのと同じ方法で調べられています。現在わかっている光の速さは、１秒間に29万9792キロメートルです。およそ30万キロメートルと考えていいわけですね。
ビリケンJr.さん

　 いろんな測り方があります。ここでは一番古い推定方法を。 ガリレオが木星の衛星を自作望遠鏡で発見したのは有名なおはなしです。この衛星は地球からみて木星の前から後ろに回転します。 衛星が後ろに隠れてから（これを「食」といいます）ふたたび姿をあらわすまでに地球と木星との距離は違っています。この距離と食の時間から光の速さを推定したのが始まりです。 その後フィゾーの歯車による測定や、なんやかんやがあります。
たかさん

　 光というのは質量のあるもの(フォトン)または波でその色は波長の長さによって違います。これらのスピードを計るにはフォトンをある一定の距離の真空管の中で放ち、逆側までの到達時間を計算すれば出るのではないでしょうか。
そくらちゃん

　 　学問はすべて経験によって成り立つとは限りません。むしろ、ああなったらこうなる、と推理し、考えることから、理論が生まれ、現実がそれを追認する、と言うことの方が多いかも知れません。ニュ−トンのリンゴも実際に落ちたのを見て、ヒントを得たのではなく、リンゴが落ちるのは、「どういうことなのか？」と考えた後の理論化です。
　光の速度も誰も経験出来る人はいません。そこで、アインシュタインという人が、もし、光に速度があったら、計算式ではこういうことになる、と考えた結果、光の速度は「１年間におおよそ１０の１３乗ｋｍ進む＝１光年」という単位ではかるべきものになったようです。
　これが、いわゆる「アインシュタインの特殊性相対理論」というもので２０世紀を代表する科学理論、と言われています。 　これらの実験で使われているものは、やはり試験管上に作った「疑似の真空状態」での光の屈折度合いとか進み具合とかを参考にしているのでしょう。
　難しい表現では、「光は光速度Ｃ未満のあらゆる速さで運動する」ということだそうで、その辺になると、アインシュタインンの「相対性理論」の解説本（講談社のブルーバックスなどが廉価でわかりやすい、と思います）に譲りたい、と思います。
みつとしさん

　 まったくの他力本願ですが．．．先人の考え出した方法です。 はじめて光の速度を計測したレーマーの用いた実験方法から,ブラッドレー,フィゾー,フーコーの方法までが図入りで説明してあります。 下の方の光速度の語呂合わせは絶品。これで試験対策も万全？
参考ＵＲＬ：時間と空間の物理学　相対性理論
http://www.ne.jp/asahi/up/to/soutairon/easy/r11/
乱気流さん

　 光の速度の計測に関しては、愛知県下の高校教諭林煕崇先生がフランスの物理学者フーコーが1850年に行った計測法を応用して高精度は望めないものの簡単に測る方法を考案されました。
　レーザー光源(He、Neガスレーザー)、掃除機のモーター、反射鏡、半透明鏡、望遠レンズ、ビデオカメラ等を利用します。

　「掃除機のモーターの軸の横に鏡を取り付けて回転鏡を作り、その回転鏡にレーザー光を当てると、それが反射して15〜30ｍ先に固定した鏡に当たって再びそれが反射し同じ軌道を通って元の位置に戻るように設定。この状態で掃除機のモーターを回すと回転鏡が固定した鏡と向かい合った瞬間だけ、固定した鏡に反射したレーザー光も戻ってきて再び回転鏡で反射する。 そして、回転鏡の回転速度が速くなると、レーザー光が回転鏡に反射してから再び戻ってくる間に回転鏡が動くために、ほんの僅かだが、回転鏡で反射して戻ってきた光の反射方向がズレてくる。この反射方向のズレを望遠レンズを取り付けたビデオカメラでモニターに拡大して映し出し、計算で光の速さを割り出す。

　この実験値では、秒速31万〜32万㎞。」波長安定性の良いクリプトン(Kr)レーザーを使用する高精度の計測方法も有ります。光は電波と同じで波ですから、波の長さ(波長)と振動する回数(周波数)を測り、それを掛けたものが速度なので原理は単純ですが、光の振動数はテラヘルツ(テラは１０の１２乗)のレベルで実測には高度な技術が要求されます。「クリプトンレーザーの波長は、光の干渉を使って計測する。レーザー光をハーフミラー(半透明鏡)で半分に分けて反射させ、一方のレーザー光の道筋の距離を少し変化させてから、再び元の位置に戻す。この時に発生する光の干渉でレーザー光の絶対波長を求める。振動数は、標準時計の基礎となるセシウム原子の線スペクトルの振動数(セシウム原子の振動周期の91億9263万1770倍が１秒)を基準にして測る。初めは、周波数の差で発生する共鳴を検出する周波数カウンターを使ってセシウム原子の振動数に最も近い周波数のレーザー光を見つける。
　レーザー光は、波長を２倍、３倍、４倍と逓増させることが可能で、セシウムの振動数よりも少し高い周波数のレーザーを見つけて逓増し、最後にクリプトンレーザーと同じ所までもっていって、その厳密な周波数を割り出す。この方法で得られた光の速度は、秒速29万9792.458km誤差±4×10の−９乗。」(北海道大学中林誠一郎助教授。) 以上　講談社ブルーバックス『科学・１７８の大疑問』抜粋
Ｔｓｕｎｅさん
　
　精密測定器の発達した現在では、長さや時間が非常に精密に測定できるようになり、レーザーの発光器から鏡まで、鏡から受光器までの長さを正確に測り、レーザーを発光してから、受光するまでの時間を、正確に測ることにより、長さ／時間で、光速度を求めることが出来ます。
参考ＵＲＬ：（上記くろぅさんと同じＵＲＬを紹介していただきました。）
matsumotoさん

　 光の速度を測定する為には、長さの分っている線(基線)の両端にセンサーを置いて通過する時間差を測定すればよい訳ですが、この基線ができるだけ長く正確で、かつ時間を正確に計ることが必要となります。 仮に基線長を10kmとすると約(1/30000)秒の時間を測定する必要がある訳ですが、精度の高い測定をする為には原子時計という誤差が30万年に1秒以下という極めて正確な時計が使われます。 ただし現在では逆に光の速度を基準にして長さが決められており、光が真空中で１/299792458sの間に進む距離を１ｍと定義されています。
ガウリィさん

　 回転鏡と凹画鏡の距離とその間を光（レーザーポインターなど）が通ったときの振れを見て計ります。
とっちんさん

　 光の速度の測り方（計算方法）とは、 発光装置と受光装置に一定距離を置き到達所要時間を計測し逆算します。
のんきさん

　 光の速さは、１秒間につき約30万km（C=3．00×10000000m/s）進みます。数字だけ言われても全然わけがわかりませんが、これは１秒間に地球を７周半する距離を走ることを意味していて、デンマークの天文学者レーマーが木星の衛星の食現象を観測することによりはじめて光の速さを求め、約３０万kmの値を得ました。現在では地上でも光の速さをはかることができます。でも前述の速度は（30万キロ）は真空を進んだときであって、水中では秒速22.5万km、ダイヤモンドの中では半分以下の秒速 12.5万kmとなります。 光の速さを、地上の実験で初めて求めたのは、フランスの物理学者、フィゾー（1819〜1896）という人で、歯車や鏡を使用したのだそうです。計測方法の説明は次のURLをご覧下さい。
参考ＵＲＬ：ネットDE物理
http://133.41.17.13/kyochan/hikarispeed.html
さやさん

　 光の速さは、波長×周波数。 宇宙には光より速いものはない。 電子レンジの実験 　光の速さを測る実験。 チーズを電子レンジで温める。中の回転テーブルが外してあるので、均等には温まらず、チーズが溶けたところと溶けないところのパターンができる。 そのパターンの長さを測ると光の波長が分かる。周波数はレンジに書いてあるので、「波長×周波数＝速さ」の式から、光の速さが計算できるのだ。どのような運動をする人が見ても光速は変わらないという光速不変の原理の発見は、科学史上、最も素晴らしい発見と言え、従来の時間の概念をひっくり返した。 この発見をしたのが、アルベルト・アインシュタインだ。 ☆HPより貼りつけさせて頂きました☆
よりかさん

　 たぶんスーパーマンが測ったんでしょう。(彼は光速を超えることが出来たので)
てるりんさん

　 「光速」でいろいろ検索して見たら、何だか難しい事ばっか書いてあって、唯一惹かれたのが「光速エスパー」！ それを懐かしんで見てたら「光の速度」なんてどうでも良くなっちゃったので、まぁ「ウルトラマンに計ってもらう」なんて解答にしておこうかなぁ。

A B C D E 計 やった！
4 4 4 3 3 18
Ｔｓｕｎｅさん　回答はどうでも良くなった？
くろぅさん　　ぼやきですな。いいですな。
papa555さん

　 定規ではない事は確か
　光を測るというと巨大な装置で目玉のようなものがぐるぐる回っているスーパーコンピュータ群（そんなの古いか）というイメージがあるんですけど、意外と簡単に測っちゃうんですね。それにしてもこんなスゴイことも一人の人間の空想理論がら始まるという事実がなんとも素晴らしいと感じます。
正答者の方々です。本当にありがとうございました。
くろぅさん・Ｔｓｕｎｅさん・ビリケンJr.さん・たかさん・そくらちゃん・みつとしさん・乱気流さん・浜ちゃん・matsumotoさん・ガウリィさん・とっちんさん・のんきさん・さやさん・よりかさん★・てるりんさん★・papa555さん★


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