「アインシュタインの相対性理論とは、一体何ぞや?
端的かつ簡潔に答えよ」
もし問われたら、俺ならこう答えるだろう!
「”ある2つの仮定”に基づき、物体の運動を記した理論である」
そして”ある2つの仮定”とは、
(1)相対性原理
静止もしくは等速直線運動をする全ての観測者から見て、
物理法則は等しく成り立つ。
(2)光速不変
静止もしくは等速直線運動をする全ての観測者から見て、
光速度は常に一定である。
ちなみに俺は、Amebaの科学コミュに参加している。
先日、こんな疑問が飛び交った!
「なぜ相対性理論によると、時間の流れる速さが変わるのか?」
…何ででしょうね?
俺も真剣に考えてみたことは一度もない。
そこで今日はこの問いに対し、
文系まきしま、全力で回答を試みたい!!
まずは小学校の算数!
速度=距離/時間 ……①
当然のことだが、①は常に成り立つ。
今、静止しているA君と、
秒速20mの車に乗っているB君がいたとする。
そして車の進行方向に、秒速30mで野球ボールを投げる!
A君から見ると、ボールは1秒間に30m進んでいる。
よってボールのスピードは秒速30mで間違いない!
しかしそれを、車に乗っているB君が見たらどうだろうか?
ボールは車と並行して、1秒間に10mしか進んでいない。
よってB君から見て、ボールのスピードは秒速10mである!
以上、ボールの速度は観測者の運動によって変わってくる!!
まあ、野球ボールであればそれで問題ないのだが…
ではここで、①をちょっといじる。
光速度=距離/時間 ……②
そして②もまた常に成り立ち、
尚且つ光速度は常に変わらないものとする。
(ちなみに光速度は、秒速30万kmである!!)
今、静止しているC君と、
秒速20万kmのロケットに乗っているD君がいたとする。
そしてロケットの進行方向に、秒速30万kmの光線を放つ!
C君から見ると、光線は1秒間に30万km進んでいる。
よって光線のスピードは秒速30万kmで間違いない!
しかしそれを、ロケットに乗っているD君が見たらどうだろうか?
光線はロケットと並行して、1秒間に10万kmしか進んでいない。
よってD君から見て、光線のスピードは秒速10万kmである!
非常に困ったことになった!
C君から見て光は秒速30万km、D君から見て光は秒速10万km、
2人が見た光の速さが違ってしまったのだ!!
これは明らかに(2)光速不変に反する!
では、もう一度②を見て欲しい。
光速度=距離/時間
光速度は誰が見ても一定、
しかしC君、D君それぞれが見た光の1秒間の進行距離は違う。
ならば②が成り立つためにはどうしたらいいのか?
実に簡単な話!
D君の(距離/時間)、分母の時間を小さくすれば良い。
つまりC君にとっての1秒間より、
D君にとっての1秒間をゆっくり長くしてしまえば良いのだ!
よってC君よりもD君の方が時間の流れが遅くなる。
これが相対性理論が予測する現象、「時計の遅れ」である!!
ちなみにロケットが速く進めば速く進むほど、
船内の時間の経ち方は遅くなる。
さて現在、光よりも速く進むことは理論上不可能とされる。
しかし将来、さらに宇宙航行技術が発展すれば、
人類は亜光速のロケットも製造可能となるだろう!
そして幸運にも、亜光速ロケット内は、
ほとんど時間の流れが止まっているも同然である。
つまり乗組員は、全く歳をとらないのだ!!
けれどだからと言って、調子にのって、
宇宙の彼方まで有人探査に行くのはあまりお勧めしない。
例えば銀河を一周して20万光年!
ロケット船内ではほとんど時間が経たない!
乗組員にしてみりゃ、2泊3日程度の小旅行であろう。
しかし!母なる地球ではしっかり20万年経過!!
文明は跡形もなく滅び、人類はもうどこにもいないかもよ…