やさしい物理講座ｖ41「光の重力の影響を重力赤方偏移で検証した実験への反証（メスバウアー効果の原因の追究）」
重力で光（ガンマー線）が影響を受けるであろうと実験したのが重力赤方偏移の実験である。質量「０」の光が重力の影響を受けないと言うのが吾輩の主張である。今回は、その角度からその実験を検証してみる。
2022.１.6
さいたま市桜区
理論物理研究者 田村 司
はじめに
結論ありきで実験し、結論にそぐわない実験結果は黙殺する傾向にある。
他の原因究明を行わず、それでお開き、万々歳！
「なんと研究者にあるまじき姿勢」と批判的に考えざるを得ない。
知ったかぶりの真顔で「相対論効果」と解説する専門書を読むと本当に理解しているのかと疑義を持たざるを得ない。
「ガンマー線の赤方偏移が起きた、重力の影響で赤方偏移がおきた、相対論の証明だ」と騒ぐが、検証が済んでいない稀な事例である。
メスバイア効果を利用した重力による赤方偏移の検証実験
メスバウアー効果について解説
1958年にルドルフ・メスバウアーによって発見された結晶体状のガンマ線放射線源とその吸収体の間に発生する共鳴吸収現象を言う。
共鳴吸収現象とは、ある物質系が振動外場のエネルギーを吸収して励起する現象のことである。振動の周波数を変化させると、ある値の近傍で特に強いエネルギー吸収が起こる。複素感受率の虚数部が共鳴吸収線を表す。
上記のクラマース・クローニッヒの関係式については難しいので解説は省略する。
メスバウアー効果により、光のドップラー効果を極めて高い精度で検出することができるようになった。また、分光法の一つの手法であるメスバウアー分光法（Mössbauer spectroscopy）の原理でもある。
原子核がガンマ線を放射し、もう一方の同じ原子核がそのガンマ線を共鳴吸収する現象をメスバウアー効果（Mössbauer effect）と呼ぶが、ガンマ線のエネルギーは一般に大きく、放射あるいは吸収過程で原子核が反跳するためにエネルギーが変化して周波数がずれるために共鳴は極めて起こり難く、気体や液体状態中の原子核同士では共鳴は起こらない。
1958年に当時博士課程の学生であったルドルフ・メスバウアーは、ガンマ線の放射線源であるイリジウム191を結晶中に束縛させてさらに冷却することで（単一の原子核の質量を結晶格子に対する大きな有効質量に置き換えて）、原子核の反跳効果そのものを実質的に無くして、原子間の共鳴吸収現象を発生させることに成功した。
メスバウアーによるイリジウム191によるメスバウアー効果の発見後、他にも共鳴吸収現象を起こす原子核が発見された。今日では、メスバウアー効果を観測するのに最も都合のよい物質として鉄57（57Fe）が知られている。
メスバウアー効果は極めて鋭敏な（Q値の高い）共鳴効果であり、放射線源または吸収体のわずかな相対運動によって共鳴吸収現象が起こらなくなる。これは、光のドップラー効果を検出するにあたって非常に都合のよい性質であり、メスバウアー効果の発見以前にはとうてい実験による検出は不可能と考えられていた現象（たとえば地球上の重力による赤方偏移）も検証ができるようになった。反跳によって失われるエネルギーERは、運動量保存則とエネルギー保存則より、
ここで Eγはガンマ線のエネルギー、M は放射または吸収を行う物体の質量、c は光速度である。
気体の場合、吸収・放射を行うのは原子であり、質量は非常に小さい。その結果気体によるガンマ線の共鳴は起こりにくい。X線の場合、光子のエネルギーはガンマ線のエネルギーに比べてずっと小さいので、失われるエネルギーも小さい。
固体ではフォノンのエネルギーが反跳エネルギーよりも大きいので、ガンマ線を共鳴吸収できる。メスバウアー効果はメスバウアー分光法として、固体の結合状態を調べるのに利用される。例えばよく用いられるFeの分光では、Feの価数、高スピンなのか低スピンなのか、またその配位数などに応じてピーク位置が変わるため、得られた結果を標準的なピークの足し合わせとして解釈することで、試料中でFeがどのような状態にいるのかを解明することができる。
具体的実験内容の解説
上記図のように1960年に実験した、ガンマー線放射源とガンマー線吸収体を鉛直方向に並べる。高さ22.5ｍの塔を用いた。ガンマー線源としてはコバルトの放射性 ⁵⁷Coを用いた。⁵⁷Coは軌道電子を捕獲して自然崩壊し、鉄の ⁵⁷Feに変わる。この ⁵⁷Feは励起状態にあり、14.4KｅVのガンマー線を放射して普通の鉄になる。重力場によってメスバウアー効果によって、ガンマー線放射源から出た14.4KｅVのガンマー線は吸収体で共鳴吸収されて、吸収体の背後に置いたカウンターではガンマー線を吸収できないだろう。しかし、地上では重力場のために１０⁻¹⁵と言え、放射されたガンマー線が赤方偏移を受ける。その結果共鳴吸収は起こらなくなる。そこで、ガンマー線吸収体を放射源に近づくように下向きにゆっくり動かす。そうすると、ドップラ効果のために青方偏移が起こり、それが重力場による赤方偏移を丁度相殺する速度のとき共鳴吸収が起こる。彼らは、その速度を測定して重力赤方偏移を求めたのである。地上22.5mの高さで期待される赤方偏移の大きさは、4.92×10⁻¹⁵だったが得た実験値は、5.13（±0.51）×10⁻¹⁵だった。すなわち理論値と測定値の比として 1.05±0.10という値を得たことになる。さらに1965年、精度を上げた実験をして、理論値と測定値の比として0.9990±0.0076という精度を得ている。
結局、メスバウアー効果を用いた重力赤方偏移の検証実験では、１％程度の精度で一般相対性理論に基づく計算値と測定値と一致し、理論が実証されたとされたのである。
果たしてそうであろうか？？
重力赤方偏移で検証した実験を考察
媒質（空気）の影響
真空中の実験でなないので空気の窒素・酸素などの気体の影響がガンマー線の波長に影響して赤方偏移を起こしたのではないだろうか。光源の運動や重力による影響が赤方偏移ではなく、光の媒質中の減衰作用が赤方偏移を起こしていると考えられるのである。138億光年先から届く光も恒星や銀河を光源とする移動による赤方偏移ではなく、真空中に浮遊する素粒子などによる光の減衰作用が赤方偏移と考える。同様に、重力による赤方偏移ではなく、空気などの気体（媒質）がガンマー線の減衰作用が赤方偏移という結果となあったと考えられる。
たまたまその数値が相似しただけであり、理論が実証されたと言いきれない。
実験装置の不適切性
この実験の正当性を言うためには、実験装置を横にして測定する。
または実験装置を逆転させて計測するべきである。
「光時計の思考実験」でも解説したように、その時計を横にした思考実験で理論が成り立たないことが暴露されたように、今回の実験のあらゆる角度から検証が必要であるし、偶然の観測結果の産物であると思わざるを得ない。
不適切な仮定の式（ローレンツ変換式）の排除の必要性
もうひとつ、理論値が公表されていないがローレンツ変換式に基づく√（1-β²）が使われているなら信頼性を疑わざるをえない。以前も解説してあるが、実証と言いながら、仮定の式（ローレンツ変換式）で実証であると言う詭弁がある。
重力による慣性力と気体密度による波長の変化
現代物理学界では、光を慣性力の働くものとして「光時計の思考実験」では取り扱われている。しかし、ハーバード大学の実験地の地球の自転の影響力、太陽を公転する影響、銀河系の移動速度の影響などすべての慣性系における光（ガンマー線）の影響は無視？と疑問満載である。
これに関しては、吾輩は、光は質量は「０」であり、慣性力を受けない、当然、重力の影響もうけないので無視できる環境内容であるが、そこに質量がある物質があるとその質量に重力の影響を及ぼすので、重力による気体密度による影響なども本来は考慮に入れるべきオーダーである。
気体密度による波長の変化は、光の屈折で良く知られている現象である。持論であるが、光は重力に影響を受けないが、媒質によって吸収・放出・屈折・透過などの変化を起こすのである。
My Opinion.
浅学菲才の吾輩の見解である。重力は質量のある物体には影響を及ぼすが、質量が「０」の光には影響を及ぼさない。
アインシュタインの「光時計の思考実験」で時計を速度Vで移動する方向と直角に光を発している（縦）。では時計を横にしたらどうなるかという疑問を持たずに思考実験している。当初から、ピタゴラスの定理での理論の矛盾をローレンツ変換式で解説して、時間と空間の概念をごちゃまぜにして、時空と言う概念でごまかしたのである。シンプルに考えると、横にした時計は、光源の往復移動による赤方偏移と青方偏移を繰り返すだけである。それを、光に慣性力が作用すると決めつけてこれを「光速度不変の原理」などと論文を出したのが間違いである。前々回のブログに開設したのでご確認ください。
やさしい物理講座ｖ39「光時計の思考実験の検証（再解説・掲載）」｜tsukasa_tamura｜note
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参考文献・参考資料
やさしい物理講座ｖ39「光時計の思考実験の検証（再解説・掲載）」｜tsukasa_tamura｜note
やさしい物理講座ｖ32「光より速い素粒子（ニュートリノ）の真偽」｜tsukasa_tamura｜note
√(ε<sub>0</sub>×μ<sub>0</sub>)=1/ c「誘電率×透磁率の平方根が1/光速」となる理由 (fc2.com)
やさしい物理講座ｖ38「大阪府立大手前高校生の研究論文『蜃気楼』：吾輩の査読は評点A（優良）です。」｜tsukasa_tamura｜note
運動する媒質中の光速度｜tsukasa_tamura｜note
光の屈折 ～ 光はなぜ曲がるの？光の入場行進 | ひげおじさんの「おうち実験」ラボ (higeojisan-lab.com)
蜃気楼、気体の密度による屈折率
2014S32.pdf (otemae-hs.ed.jp)
大阪府立大手前高等学校 – 本校は創立130年を越えた歴史ある高校です。平成20年、文部科学省により「スーパーサイエンスハイスクール」に指定されました。 (otemae-hs.ed.jp)
矢沢サイエンスオフィス編集 『最新 宇宙論』学研 1989.6.1 第4刷発行
やさしい物理講座ｖ31「ブラックホールが宇宙空間ガス物質で作り出す現象の光の屈折」｜tsukasa_tamura｜note
やさしい物理講座ｖ25「数学者も解けない物理学における三体問題と摂動の解（怪）」｜tsukasa_tamura｜note
やさしい物理講座ｖ16「光粒子（素粒子：電磁波）と物質の相互作用」｜tsukasa_tamura｜note
やさしい物理講座ｖ23「運動している物質中の光の振る舞い」｜tsukasa_tamura｜note
郡和範著 『ニュートリノと重力波』べレ出版 2021.2.25 初版発行
阪上孝・後藤武 編著 『はかる科学』中公新書 2007.10.25発行
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小暮 陽三 著『物理のしくみ』日本実業出版社 1994.10.15 8刷発行
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後藤学著『相対性理論のどこがおかしいか』ｐ324～326「相対論はやはり間違っていた」徳間書店 1995.5.10
巻末資料２ A・Einstein 『 E=Mc²に関する論文 』ｐ18～20
伊藤幸夫・寒川陽美著『単位の基本と仕組み 国際単位系（SI)』秀和システム 2004.8.10 第一版1刷 p62～、p104
国際単位研究会著『SI単位ポケットブック』日刊工業新聞社 2003.6.26 2版1刷
今井秀孝監修『計量の本』日刊工業新聞社 2007.11.30 1版1刷 p134
中井多喜雄著『早わかりSI単位辞典』技報堂出版 2003.9.1 1版1刷発行
山内薫著『分子構造の決定』岩波書店 2003.10.10 3刷発行 p6～15
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ジム・アル・カリーリ著 林田陽子訳『見て楽しむ量子物理学の世界』日経BP社 2008.9.29 1版1刷
山本耕造著『宇宙線と素粒子の本』日刊工業新聞社 2018.1.18 初版1刷 p132～133
梶田隆章著『ニュートリノで探る宇宙と素粒子』平凡社 2015.11.20 初版第1刷
竹内 淳著『高校数学で分るマックスウェル方程式』講談社2003.6.27第2刷発行
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平野功著 『原子・光・磁気の解析 －その成り立ちと発展の軌跡ー』技報堂出版2004.3.30 1版1刷発行
窪田登司著 『アインシュタインの相対性理論は間違っていた』徳間書店 1993.10.31 p212
木幡赳夫他8名著 『最新 アインシュタイン論』学研 1989.12．1
安東正樹著 『重力波とは何か』 講談社 2016.9.14 1刷発行
高橋真理子著 『重力波 発見！』 新潮社 2017.9.20 p168
大槻義彦・大場一郎著『物理学事典』 講談社 p326
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竹内淳著 『光とレンズ』講談社 2016.5.20 第1刷発行 p156～157
山本義隆著 『幾何光学の正準理論』数学書房 2014.0.1 1版1刷 p27、p30、p35
・ニュートン別冊
『時間とは何か』 ㈱ニュートンプレス 2016．7.．25 発行増補第三版
・松浦壮著 『時間とは何だろう』 ㈱講談社 2017.12.5第三刷発行
ｐ94～96文章抜粋
絶対時間から相対時間へ
「さて新しい原理を持ち込んで理論を構築するのはもちろん自由ですが、それが正しいかは別問題です。アインシュタインが導入した原理は本当に正しいでしょうか？こういう場面で登場するのが実験の精神です。新しい原理が導入されたことで予言される現象が現実に起きるかどうかが判定材料になります。
・・・時間とは時計で測定するものとして「光時計」を考える。・・・思考実験
・原康夫著 『量子力学』 岩波書店 1994.6.6 第一刷発行 p3（光の二重性）、
ｐ４文章抜粋「このように光は波動性と粒子性の両方の性質を示す。とりあえず光の二重性を『光は空間を波として伝わり、物質によって放出・吸収されたとき粒子として振舞う。』
ｐ5文章抜粋『１９０５年にアインシュタインは振動数νの光（一般に電磁波）はエネルギーＥ＝ｈνを持つ粒子（光子）の流れだと光電効果を説明した。』
・チャールズ・H・ホランド著 手嶋英志訳 『時間とは何か』 青土社 2002.12．20 第1刷発行 p188
・平野功著 『原子・光・磁気の解析』 技報堂出版 2004..3.30 第1版1刷
・円山重直著 『光エネルギー工学』 養賢堂 2004.4.30
p6文章引用「光とは狭義には可視光を意味するが、一般的には電磁波又は光子「フォトン」と同義である。物質中の電荷が変動することによって電磁波が発生し空間を伝播する。
p62、電磁波の伝播、マックスウェルの方程式
・後藤憲一、小野廣明、小島彬、土井勝 著 『基礎物理学 第二版』 共立出版 2004.4.15 第二版1刷
p159 Ⅰ 特殊相対性原理
「すべての慣性系は同資格でどのような物理法則もすべての慣性系と同じ形である。」
Ⅱ速度不変の原理
「真空中を光が伝わる速さは光源の動く速さや方向に無関係に、どのような慣性系から見ても同じ値（ｃ）である。」
・山田克哉著 『光と電気のからくり』 講談社 2003.6.27 ｐ１３９、ｐ１４８
・福田京平著 『光学機器が一番わかる』 技術評論社 2010.5.5 初版1刷発行
・石川健三著 『場の量子力学』 培風館 2006.7.20 初版発行
・佐藤勝彦著 『量子論』 ナツメ社 1999.2.10 発行
・山崎昇 監訳 『見える数学の世界』 大竹出版 2000.12.11 第一版発行
p295 ピタゴラスの定理
・岡部恒治、有田八州穂、今野和浩著 『文科系学生のための数学教室』 有斐閣アルマ p34 三平方の定理（ピタゴラスの定理）
・吉田伸夫著 『素粒子論はなぜわかりにくいのか。場の考えを理解する』 技術評論社 2014.1.10 初版第1刷発行
要約（ p10～31から引用）
１、素粒子（含む光子）は粒子ではなく「場」の概念を適用する。。
２、「場」の概念を適用とは
「場」とはいたるところに存在し、あらゆる物理現象の担い手となるものである。
空間と一体化し、空間に対して移動できないことが「場」の特徴である。
時間とともに変化する物理現象では原子のような実体が空っぽの空間の中を動き回るのではなく、「場」の値が変化することで動きをもたらしている。
・山崎正之、若木守明、陳軍 共著 『波動光学入門』 実数出版 2004.4.20 第1刷発行
・『キップソン博士が語る時空旅行
相対性理論とタイムトラベル』 ニュートンプレス 2012.6.15 発行
・『アインシュタイン 物理学を変えた発想』 ニュートンプレス 2009.3.10 発行
p30、止まっている光時計
p45、運動している光時計
・『時間の謎』 ニュートンプレス 2018． 8月号
・平井正則監修 三品隆司編者
『アインシュタインの世界 天才物理学者に関する６０の疑問』 ＰＨＰ研究所 1996.10.22 第一版7刷発行
ｐ61～62 特殊相対性理論
ｐ62～63 絶対時間と相対時間 「時間」と「空間」
・桑原守二・三木茂監修『図解雑学 電気・電子のしくみ』 ナツメ社 1997.7.20
ｐ162さまざまな電磁波 ｐ165マックスウェルの方程式
・小暮陽三著 『物理のしくみ』 日本実業出版社 1994.10.15 第８刷発行
ｐ38光の粒子説と波動説、ｐ42光と電磁波、ｐ125エーテルと光速度の測定
ｐ126同時刻とは ｐ128時間の遅れ
・小沼通二著 『現代物理学』 放送大学 1997.3.20 改訂版第1刷 ｐ28相対性理論
・阿部龍蔵・川村清著『量子力学』 放送大学 1997.3.20 改訂版第1刷 ｐ18波と粒子の2重性
・藤井保憲著 『相対論』放送大学 1995.3.20 第１刷 ｐ27 時間のおくれ
・阿部龍蔵著 『光と電磁場』 放送大学 1992.3.20 第1刷 ｐ36 光の放出と吸収
・田村 司著 『運動する媒質中の光速度についての考察』放送大学卒業研究論文
・窪田登司・早坂秀雄・後藤学・馬場駿羣・森野正春・・竹内薫・日高守・石井均
『アインシュタイン理性を捨てさせた魔力「相対論」はやはり間違っていた』
徳間書店 1995.5.10 第２刷
後藤学「相対性理論のどこがおかしいか」ｐ234 文章抜粋「結論的には、特殊相対性理論にはそのベースになっている仮説に疑問があることを指摘しています。その疑問は相対論の全体を完全に破壊させかなない類のものです。」
日高守著「相対論を打ち砕くシルバーハンマー」p155 巻末資料２ Ａ ・Einstein 著『E＝ｍｃ²に関する論文』 ［Ａ3］質量とエネルギーの等価性の初等的証明 Elementary derivation of the equivalence of mass and energy. Technical Journal .vol. 5 (1946), pp.16~17
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