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あなたのそばにも相対性理論

誰もが知ってるアインシュタインの『相対性理論』。しかしその基礎はローレンツによって完成していた!また理解することが困難なこの物理理論は私たちの生活にも密着したものだったのだ。ほら、あなたの後ろにも…

更新日: 2017年05月11日

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masahusaさん

「相対性理論」をざっくりいいますと…

物体の運動について、位置や速度は相対的である。

アルバート・アインシュタインにより発見された物理理論、特殊相対性理論と一般相対性理論の総称。

特殊相対性理論
ニュートン力学と電磁気学を統合した物理理論。主に高速度・高エネルギーで動く物質における物理を記述する。

一般相対性理論
一般相対性理論は、ニュートンの理論にかわる、重力の理論である。主に、宇宙的なスケールの現象における物理を記述する。

ローレンツ変換の重要性

電磁気学の結果を調べていけば、時間はかかるだろうが大抵の人が同じ結論にたどり着く。  その証拠に有名なローレンツ変換式にはアインシュタインではなく ローレンツの名前がついているではないか。  アインシュタインよりも前にその理論の下地はすでに出来ていたのである。

当時の科学者たちは、ローレンツ変換から導かれる内容をそのまま 受け入れることが出来ずに苦し紛れにいろんな小細工を考えた。  アインシュタインが天才だと言われる理由はその結果をそのまま受け入れたことによる。  その際、何を根拠にそれを受け入れるか、という哲学的な指針を与えた彼の論文は芸術作品のようである。

なるほどそういう意味で「天才」ね…

アインシュタインの書いた相対性理論の論文の題名は 「運動する物体の電気力学」である。

特殊相対性理論の2大原則

光の速度は光源の速度に依らない「光速度不変の原理」
どんな慣性系でも物理法則は同じ「相対性原理」

▼光速度不変の原理とは

光の速さは、秒速29万9792.458kmとされています(cと表記される)。
つまり、おそよ秒速30万kmです(真空中の場合)。
この速さは、どのような人にとっても変わらない、と言いたいのです。

この「どのような人にとっても変わらない」ってのがポイントです。

▼相対性原理とは

相対性原理とは、ガリレオがうち立てた、極々当たり前の(そして当時の人々にとっては衝撃的な)理論です。
これは、一言で言ってしまえば、「物が動いているか止まっているかは、決めることが出来ない」と言う理論です。

「えっなんで?」と思われるかもしれませんが、簡単に言うと「上下左右ともに無限に広がりかつ基点にする対象が存在しなければ空間におかれたものはどちらに動いているのかあるいは止まっているのか決定しようがない」くらいの意味です。

俗に言う浦島効果(時間の長さが変わる)

単刀直入に言うと、光の速度が絶対なら、物体は未来へ行くことが出来ます。

光の速さに近づくような素粒子の実験は、数多く行われていますが、 その寿命が、期待通りに伸びていることが、現実に観測されています。

ジェット機に、とても正確な、セシウム原子時計を4個も積んで、 地球を一周してみたら、本当に時間が遅れていることが確かめられています

距離も変わる

じつは、光に近い速さで走ると、目的地が近くなってしまいます。別の見方をすると、 硬くて縮まない棒を、棒の方向に光に近い速さで走らせると、縮んでしまいます。

移動方向に対して垂直の距離は変わらない

どちらかが縮んでいれば、輪はぶつからずに、すり抜けるはずですが、 両方の輪で条件が全く変わらないので、輪はぶつかります。

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