マックスウェル電磁気学(古典電磁気学)における光速度の「不変」性・・・特殊相対性理論の歴史的形成の理論的文脈
古典電磁気学の基本方程式(マックスウェル方程式)--- 電磁場の古典論
rotE=-∂B/∂t
rotH=i+∂D/∂t
divD=ρ
divB=0
真空におけるマックスウェル方程式
D=εE、B=μH
真空中では、i=0、ε=ε0、μ=μ0
rotE=-∂B/∂t=-μ0∂H/∂t ------ (1)
rotH=i+∂D/∂t=ε0∂E/∂t ------ (2)
(1)式の両辺にrotを掛けると、
rot(rotE) | = | rot(-μ0∂H/∂t)
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| = | -μ0∂/∂t(rotH)
|
rot(rot)=-∇2および(2)より
-∇2E | = | -μ0∂/∂t(ε0∂E/∂t)
|
∇2E | = | μ0ε0∂2/∂t2E ------ (3) |
電場Eの振動の結果として生じる電磁波、すなわち、光波が古典的波動方程式を満たす波動であるならば、光波の速度をcとするとき、光波に関する古典的波動方程式は
∇2E | =1/c2・∂2/∂t2E ------ (4) |
となる。 |
古典電磁気学の基本方程式(マックスウェル方程式)から導出される式(3)と、古典的波動方程式から予想される式(4)との比較により、
μ0ε0=1/c2
となるので、
c=(μ0ε0)1/2
となる。
真空の透磁率μ0、真空の誘電率ε0は系の速度に依存しない定数であるから、光速度cも系の速度に依存しない定数であることになる。