ガリレイの特殊相対性原理

以下の議論は「ごまかし」であろうか。しかし、相対性理論を理
解していない方は、その「ごまかし」を正しく指摘することはで
きないだろう。
（実を言うと私は納得のいく説明を得るのに１カ月かかった。）

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河を秒速１０メートルで下っている船上でボールを投げる場合を
考える。船上の男が進行方向へ１キログラムのボールをおもいっ
きり投げ、速度１０メートル／秒を得たとしよう。ボールの速度
変化は、０メートル／秒　から　１０メートル／秒　であるから、
ボールが男におもいっきり投げられたことにより得られた運動エ
ネルギーは、Ｅ＝１／２　＊　ｍ　＊Ｖ＊＊２から　Ｅ＝５０
である。進行方向と反対に投げても、または進行方向と直角の向
きに投げても、男がボールをおもいっきり投げることによってボ
ールが得る運動エネルギーは同じで、５０である。

この現象を岸から観察・測定したとしよう。男が進行方向にボー
ルを投げた場合には速度１０メートル／秒のボールを２０メート
ル／秒に加速したことになるので、これはボールの運動エネルギ
ーＥを５０から２００に増やしたことを意味する。つまり男はボ
ールをおもいっきり投げることにより、ボールに１５０の運動エ
ネルギーを与えた、と岸からは観測される。
では進行方向と反対にボールを投げた場合はどうか。この場合に
は速度１０メートル／秒のボールを０メートル／秒に減速させた
ことになり、男はボールをおもいっきり投げることによりマイナ
ス５０の運動エネルギーをボールに与えた（ボールから５０のエ
ネルギーを奪った）っと、岸からは観測される。
進行方向に直角の方向にボールを投げた場合はどうか。岸から観
測すればボールに速度変化はなく、従ってボールの運動エネルギ
ーに変化はない。（これは蛇足だが。）

同じ男が同じようにボールを投げることによるボールが得る運動
エネルギーがこのように、観測系により、また投げる方向によっ
て異なって測定されるのはなぜであろうか。船上の男は岸から観
測すれば３倍パワーの男になったり無力の男になったりするのだ
ろうか。物理法則とは物理量の関係を数式で関係つけた法則であ
り、力、座標、速度、エネルギーなどは代表的な物理量である。
慣性系が変わっても物理法則に変化はなく、ガリレイ変換により
同一性が保たれるというのが、ニュートン・ガリレイの相対性理
論であるが、どうして同じ現象が異なって観測されるのだろうか。

速度の異なる慣性系では速度の基準が異なるのであるから、ある
物体の運動エネルギー自体が観測系によって異なるのは当然であ
る。
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