フィゾーの実験（読み）ふぃぞーのじっけん

日本大百科全書(ニッポニカ)

フィゾーの実験
ふぃぞーのじっけん

フランスの物理学者フィゾーが行った光速度の絶対値の測定実験。

空気中での光速

フィゾーは、天体現象によらずに地上での実験で、初めて光速の測定に成功した（1849）。その装置を図Aに示す。一様な速さで回転する歯車の溝を通して、光源から出た光を送り出す。回転速度を増していくと、鏡で反射されて帰ってきた光が、歯車の歯で遮られて望遠鏡に入らなくなる。そのとき、歯車の回転数をn回／秒、歯の数N（ただし、歯と溝の幅は等しいとする）、歯車から反射鏡までの距離をLメートルとすると、光速cは、c＝4NLn（m／秒）で与えられる。フィゾーがパリ郊外で行った実験では、n＝12.6／秒、N＝720、L＝8633mであり、これからc＝3.133×10⁸m／秒が得られた。その後、フィゾーと初め共同研究をしていて、のちに別れたフーコーは、改良した装置を用いてさらによい値を得た（1850）。

［藤井寛治］

流水中での光速（フィゾーの干渉実験）

運動する透明物体中での光速を実験で決めることは、19世紀前半における光の弾性波動論での重要な課題であった。空気中での光速測定のあとフィゾーは、図Bに示したように、高速の流水に光を通して、光の媒質と想定されていた光エーテルと物体の相対運動に関し初めての実験をした。光源から出た光はGで分かれて光線a、bとなり、流水中を通り鏡で反射されたあと、ふたたび流水中を通り最後にTに達する。光線aはつねに水の流れに沿い、bはその逆であるので、Tに着くまでの時間のずれが生じ、Tで干渉縞(かんしょうじま)が観測される。

　フィゾーは実験式として、速さvで流れる水の中の光速V＝c/n±(1－1/n²)vを得た（nは水の屈折率、複号±は、それぞれ光線a、bに対応）。実験式右辺第1項は、静止した水の中での光速であるので、この結果は、流水中でエーテルが引きずられて速さ(1－1/n²)vで動くことを示している。そのため、光エーテルが物体とともに移動するという完全随伴仮説も、静止エーテルが物体の運動に影響されず物体中を通過するという仮説も正しくなく、フランスの物理学者フレネルの部分随伴仮説が正しいことが示されたと考えられた。しかし、光エーテルについてのいくつかの実験結果が互いに矛盾することが明らかになり、若き理論物理学者アインシュタインは、1905年に特殊相対性理論を提出し、エーテル概念に基づかないで一貫した理解ができることを示した。フィゾーの流水実験結果は、相対論での速度合成の結果として導出できる。水が静止している座標系S'での光速c/nと、観測者の静止系Sに対するS'の速さ±vとを合成して、静止系Sでの流水中の光速Vを求めると、v/c≪1の近似で、

のようにフィゾーの実験式が得られる。

［藤井寛治］

[参照項目] | 光 | フィゾー

フィゾーの空気中での光速測定〔図A〕

フィゾーの流水中での光速測定〔図B〕

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

フィゾーの実験
フィゾーのじっけん
Fizeau's experiment

A.-H.-L.フィゾーの2つの光学実験。 (1) 光速度の測定 (1849) 　図のように回転する歯車のすきまから間欠的に送り出された光が遠方の反射鏡で反射され再び歯車に達したとき，歯車の回転を十分速くすると光は歯にさえぎられ観測者に達しなくなる。このときの回転数から光が歯車と反射鏡の間を往復する時間を知り，光速度を求める。この実験でフィゾーは初めて地上の光源による光速度の測定に成功し，現在の測定値にかなり近い値 3.13×10⁸m/s を得た。 (2) 干渉実験 (1858) 　 A.J.フレネルはエーテルに対して運動している物体中の光の位相速度を，エーテルが物体の速さに比例した速さで引きずられると仮定して算出した。フィゾーは図のように互いに逆方向に流れている等しい長さの水柱を光が通過するのに要する時間差を2つの光速度の干渉によって測定し，フレネルの理論を検証した。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

世界大百科事典（旧版）内のフィゾーの実験の言及

【光速度】より

…また，J.ブラッドリーは1725年ごろに地球の公転速度によって光の進入方向がわずかに傾く効果を用いて光速度を求めた。これら天文学的方法に対して地上の光学実験で光速度を測定した例の中では，1849年のA.フィゾーによる回転歯車を用いた測定(フィゾーの実験，3.13×10⁸m/s)およびその翌年J.フーコーが行った回転鏡を利用した測定(2.98×10⁸m/s)が有名である。その後，78年からA.マイケルソンによって光速度の精密測定が精力的に行われ，1926年にはカリフォルニアのウィルソン山とアントニオ山の間で光を往復させる実験において，2.99796×10⁸m/sという値を得た。…

【フィゾー】より

…銀板写真を改良し，1845年にはJ.B.L.フーコーとともに太陽面の撮影に成功した。また彼らは，アラゴーが試みていた地球上での光速度測定の実験を継承し，回転鏡を鋸歯付きの輪を高速で回転させる装置にかえ，フィゾーは49年に，空気中での光速度として約3.15×10⁵km/sの値を測定した(フィゾーの実験)。50年にはフーコーとともに開発した回転鏡を用いる装置によって，フーコーと独立に，光が水中よりも空気中でより速く伝搬することを実証し，光の波動論を支持する結果を与えた。…

※「フィゾーの実験」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典｜株式会社平凡社「世界大百科事典（旧版）」