エーテルの探求--何が光を運ぶのか？

音も光も、波であると言われます。海の波などのように目に見えて振動している 波と違って、音も光も、振動している様子を目でみて確認するということはでき ません。しかし、音が空気の振動であることは、例えば太鼓を「どん」と叩いた 時の皮の振動の様子などをみていると実感することができます。

では、光はいったい、何の波なんでしょうか。波であるからには、何かが振動し ているに違いない--と考えた１９世紀の物理学者たちはその``何か''に「エー テル」とい う名前をつけました（麻酔薬に使うエーテルとは別物です）。そして、そのエー テルが実際にあるとしたらどんなものなのかを考えました。

まず、音の場合、空気中よりも水中の方が速い、水中よりも固体中の方が速い、 という性質を持っています。つまり密度の高いもの、あるいは堅いものの中ほど 速く伝わります。そもそも振動という現象は何かに押されて変形したものが元に 戻ることによって起こります。密度の高いものや堅いものの方が変形した後で素 早く元に戻りますから、伝わる波の速さも速くなります。ところで、光の速さは 秒速３０万キロ。音の速さである秒速３００〜３６０メートルに比べ、ざっと１ ００万倍も大きいことになります。このことからエーテルというのは非常に堅い 物質であろうと予想されました。しかし、そんなに堅いエーテルでありながら、 我々はエーテルを関知できません。つまり堅い物質でありながら、物質（我々の 体を含む）を素通りさせるような性質を持っていることになります。

この不思議なエーテルという物質が存在しているとすると、我々はエーテルの中 を動いていることになります。そこで１９世紀末の物理学者たちは「エーテルの 運動を測定できないだろうか」と考えました。彼らは地球が自転・公転して位置 を変えていることから、南北方向に進む光と東西方向に進む光の速さの差を測定 すればよい、と考えました。実際に高い精度でこの実験を行ったのがマイケルソ ンとモーレーで、衆目の期待とは裏腹に、実験結果は「光速度は南北方向でも東 西方向でも変化しない。しかも、この結果は時間、季節によらない。」というも のでした。マイケルソンとモーレーの実験は１００年以上前の実験ですが、もち ろん実験はこれで終わったわけではなく、現在もより高い精度で続けられていま す。

現在カーナビに使われているGPSという人工衛星によるシステムは、人工衛星が 送ってくるいわば「時報」の遅れ具合いから自分の位置を測定しています 。このようなシス テムがちゃんと動くためには、光速度が立場によって変化しては困ります。光速 度不変の原理は、いまや単なる物理学の上での原理ではなく、生活にも関係して きています。

この「光速度不変」は実験事実ではありますが、非常に奇妙な現象であることは 確かです。たとえば時速４０キロで進む車から時速６０キロで同じ方向に進む車 を見ると、車が時速２０キロで進むように見える（つまり実際より遅く見える） のが普通です。ところが、光の場合は決してこんなことは起きないのです。