第1回の「光速は測れない」を、今度は歴史の側から ── なぜ人類は光速を“固定”したのか

なぜ光速を
「固定」したのか 1983年、人類は光速の値を「これで確定」と決めた。もう二度と測り直さない、と。
それは進歩ではなく、ある意味「あきらめ」だった ── 比べる相手が、いなくなったから。

第1回で「光速が遅くなっても測れない、なぜなら物差し自身が光速で定義されているから」と言いました。今回はその裏側 ── そもそも、なぜ光速を物差しの定義にしてしまったのか。実はこれ、人類が「もう光速を独立に測るのをやめる」と決めた瞬間の話です。進歩の到達点のように語られますが、見方を変えると、比べる基準がなくなったので、固定するしかなかったという、少し切ない事情でもある。測るとはどういうことか、その根っこに関わる番外編です。

01「測る」は、いつも「比べる」こと

速さは \(\text{距離}\div\text{時間}\) で決まります。光速を測るには、光がある距離を進むのにかかった時間を測ればいい。ここで大事なのは ── 距離を測るには「長さの基準(物差し)」が、時間を測るには「時間の基準(時計)」が要るということ。測定とは、必ず何か別の基準と比べる行為なのです。

だから光速の値は、ずっと「長さの基準」と「時間の基準」に相対的に決められてきました。基準が変われば、光速の数値も変わる。ここに、今回の話の種があります。

02基準がだんだん、光そのものに近づいていく

人類が使ってきた「長さの基準」の歴史を並べると、あることに気づきます。基準がどんどん光の性質そのものに近づいていくのです。

金属の棒 → 光の波長 → 光の速さ。長さの基準が、だんだん光に寄っていった。理由は単純で、光のほうが金属棒よりずっと精密で、世界のどこでも同じように再現できるから。金属棒は温度で伸び縮みするし、盗まれたり傷ついたりする。光の性質は、宇宙のどこでも変わらない ── そう信じられている。

031983年 ── 比べる相手が、いなくなった

1970年代、光速の測定はどんどん精密になり、その精度は「長さの基準(クリプトンの光の波長)そのものの精度」に頭打ちになりました。つまり、光速をこれ以上正確に測ろうとしても、比べる相手である“長さの物差し”のほうがボヤけていて、測れない。物差しの目盛りより細かくは、何も測れないのです。

ここで人類は、選択を迫られました。二つの道があった ──

選ばれたのは道B。1983年、光速は「もう測る量ではなく、決めた値」になりました。値の 299792458 は、それまでの最良の測定値に合わせて選ばれた ── だから何かが変わったわけではなく、役割が入れ替わった。「測られる側」だった光速が、「測る側(基準)」に回った。

04だから「光速は変わらない」は、半分は“決めごと”

ここが第1回とつながる結論です。「光速は変わらない」とよく言われます。でも1983年以降、その一部は物理法則というより“取り決め”になりました。光速が \(299792458\) から動かないのは、宇宙がそう振る舞うからではなく、私たちが「動かない」と決めて、長さをそれに合わせて作っているから。物差しが光速で作られている以上、光速を物差しで測れば、いつでもぴったり \(299792458\) に決まっている ── これは発見ではなく、定義の帰結です。

では、物理として「光速が変わっていないか」は、どうやって問えるのか? 答えは第2回・第6回で見た通り ── 単位のつかない比、微細構造定数 \(\alpha\) を見るしかない。\(\alpha\) は物差しに依存しない純粋な数だから、基準を固定しても、なお「本当に変わったか」を問える。1983年に人類が手放したのは「\(c\) を測ること」であって、「\(\alpha\) を測ること」ではなかった。比べる相手を失った量(\(c\))は固定するしかなく、比べる相手が要らない量(\(\alpha\))だけが、測り続けられる。