光の速度を求めたフィゾーの実験
みなさんは、光のスピードはとても速そうだと思ったことがありますか？ 遠くのビルの窓の光や、遠くの自動車のライトの光。とてつもないスピードで自分の方に向かってきている気がします。
しかし光にもちゃんと速さがあります。 それも、人間が走る速さや、車や電車の速さとくらべものにならないほど大きいのです。 一秒間に地球を七回半も回ってしまう――そんなとてつもない速さです。
では、その光の速さを人間はどうやって測ったのでしょうか？ その答えを初めて地上で示したのが、フランスの若い研究者、イポリット・フィゾーでした。 時は1849年、今から170年以上も前のことです。
光の速さは本当に測れるのか？
当時、光の速さについては二つの考えがありました。 「光は無限に速く、瞬間的に届く」という考えと、 「光も波や粒のように進むから有限の速さを持つ」という考えです。
実はもっと前に、天文学者が星の動きの観測から光速を推定していました。 けれども、それは遠い宇宙を使った間接的な推測であって、 地上で「人間の手で測った」わけではありませんでした。
光の速さはあまりにも大きく、当時の人々にとって「どう測ればいいのか分からないもの」でした。
フィゾーの発想
そんな中でフィゾーは考えました。 「光を遠くの鏡に当てて、戻ってくるまでの時間を測れば、速さが求められるのではないか？」
でも問題があります。光はあまりにも速く、ストップウォッチではとても測れません。 そこでフィゾーは、歯車のすき間を利用する方法を思いつきました。
光を歯車のすき間から通し、遠くの鏡に当てて戻す。 もし歯車が止まっていれば、光はすき間を通って帰ってきて、またすき間から見える。 しかし歯車を高速で回しておけば、光が戻ってきたときにはすき間が「歯」に変わり、 光がさえぎられて見えなくなる。
この「見える ↔ 見えない」の境目から、光が行って帰るまでの時間を計算できる―― これがフィゾーの独創的な発想でした。
8.6キロの挑戦
とはいえ、その実験は並大抵のものではありませんでした。 フィゾーはパリ郊外に約8.6キロも離れた地点を選び、そこに大きな鏡を設置しました。
8.6キロといえば、学校から家までを何往復もしなければならない距離です。 人が走れば1時間以上かかってしまいます。
その遠くの鏡に光を正確に当て、反射して戻ってきた光を望遠鏡でとらえる―― 実際にやるとなれば気が遠くなるような挑戦です。
しかも、もし光が想像以上に速ければ、この方法では測れないかもしれない。 距離をのばしすぎれば光が弱くなり、望遠鏡ではとらえられないかもしれない。 「本当に測れるかどうか」は、やってみるまで分からなかったのです。
工夫の数々
フィゾーは歯車の回転を一定に保つために、当時すでにあった振り子時計を基準にしました。 振り子時計は一秒ごとに正確に刻むことができるので、 「10秒間に歯車が何回転するか」を数えれば、1秒あたりの回転数が分かります。
歯車の歯の数と回転数が分かれば、光が往復する時間を計算できます。 さらにハーフミラーを用いて、光を片方に送りつつ、戻ってきた光を目に導く工夫もしました。
望遠鏡で遠方の反射光を確実にとらえる仕組みも加わり、ついに実験の準備が整ったのです。
人類初の測定
フィゾーの測定によって得られた値は、一秒間に約31万キロメートル。 現代の正確な値（299,792 km/s）と比べてもほとんど変わりません。
人類は初めて、地上で「光の速さ」を数字として手に入れたのです。 人々は驚きました。光のように「測れない」と思われていたものでも、 人間の工夫と挑戦によって測ることができると示されたからです。
感心・感銘ポイント
- 発想：歯車のすき間を使い、光が見えたり消えたりする境目から速さを求めるという、極めて独創的アイデア。
- 挑戦：8.6キロ先に鏡を置き、望遠鏡で光をとらえるという大がかりで、成功が保証されない試み。
- 工夫：振り子時計を用いた回転数の測定、ハーフミラーや望遠鏡の組み合わせ、当時の測量技術の活用。
- 貢献：光速を初めて地上で測定し、「不可能と思われたことも人間は測れる」ことを示した。この成功は後の光学や電磁気学、さらにはアインシュタインの相対性理論にもつながっていった。
フィゾーはどうやって歯車のアイデアを思いついたのかは分かりませんが、 アイデアを思いついた時「これで光の速度を求められるぞ！」と興奮したのに違いありません。 装置を組み上げて実験をし、光が見えなくなる瞬間が訪れたとき、 そして、再び光が見えるようになる瞬間が訪れたとき、フィゾーはどんな気持ちだったでしょうか。嬉しかったでしょうね！
まとめ
フィゾーの実験は、ただ光の速さを求めただけではありません。 それは「どのように測ったらよいか分からないものでも、工夫と挑戦によって測定することができる」ということを、世界に示した出来事でした。 この成果は、のちの研究者たちに大きな勇気を与え、科学の新しい時代をひらいたのです。