相対性理論 (岩波文庫) の感想

19世紀までの力学では、観測者や観測対象から独立した"絶対時計"と"絶対定規"を措定し、原理的に誰もが同じ時計と定規を使って物理現象を観測していると考えられていました。
同じ時計と定規を使うのですから、だれが観測した結果でも測定値を比較することができます。

時間と距離が比較可能ならば、距離÷時間である速度も比較可能です。
とくに、速度vで動いている観測者、速度wで動いている観測者が同じ物体の運動速度を測定してその結果を比較すると、測定値にv-wだけ差が生じるはずです。
19世紀までの物理学が対象にしていた日常的な物理現象を説明するには、それで十分つじつまがあいました。

しかし19世紀後半に得られた電磁気学の研究成果は、力学の想定と相容れないものでした。
光源に対する相対速度がvである観測者とwである観測者が光の速さを測定した場合、力学にならえば測定値にv-wだけの差が予想されます。
ところが電磁気学の理論と実験は、両観測者の測定値が同じ速度cになると示唆したのです。

そこでアインシュタインは、絶対時計と絶対定規を前提に速度を定義するのではなく、光速度cを絶対的な基準におき、その派生物として時計と定規を定義することにより、力学と電磁気学の不整合を解消しました。
つまり、c = 距離÷時間を一定に保つように、定規と時計が相互に調整されるのです。

本論文は、まず、時空間上の点Pを観測者Aが測定した座標(x,y,z,t)と、Aから見て速度vで動く観測者Bが測定した座標(x’,y’,z’,t’)との対応が、vおよびcに依存することを明らかとします。
言い換えれば、Bが使っている定規の長さと時計の速さを、Aが自分の定規と時計を使って計測すると、その値がvおよびcをもちいた数式であらわされることを示します。
以降の特殊相対性理論は、既存の物理方程式中の(x,y,z,t)にこの表現式を代入することで得られます。
とくに、電磁場を表現する方程式中の(x,y,z,t)をこの対応に従って変換し、電磁気学的な現象の見え方が観測者の速度に依存することを後半で示します。