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=ε
0
、μ=μ
0
rotE=−∂B/∂t=−μ
0
∂H/∂t ------ (1)
rotH=i+∂D/∂t=ε
0
∂E/∂t ------ (2)
(1)式の両辺にrotを掛けると、
rot(rotE)
=
rot(−μ
0
∂H/∂t)
=
−μ
0
∂/∂t(rotH)
rot(rot)=−∇
2
および(2)より
−∇
2
E
=
−μ
0
∂/∂t(ε
0
∂E/∂t)
∇
2
E
=
μ
0
ε
0
∂
2
/∂t
2
E ------ (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
∇
2
E
=1/c
2
・∂
2
/∂t
2
E ------ (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、
μ
0
ε
0
=1/c
2
となるので、 c=(
μ
0
ε
0
)
1/2
となる。
真空の透磁率
μ
0
、真空の誘電率ε
0
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。