『相対性理論』
第８回
＜ 一般相対性理論の結論＞
●一般相対性理論の２つの論理的結論（概要まとめ）
１．重力は空間を曲げる。（重い物の周りでは、空間（光）が歪む！）
２．重力は時間を遅らせる。（重い物の周りでは、時間はゆっくり進む！）
１．重力は空間を曲げる。（重い物の周りでは、空間が歪む！）
重力周辺では光さえも曲がって進みます。光は質量がないから重力の影響を受けないのでは？と考えてしまうが、光自身が曲がるのではなく、歪んだ空間の中を曲がって進みます。
ただし、質量のない光は速度を変えることはない。光は歪んでも必ず光速で進みます。
しかし、重力場では相対的光速は遅くなります。一般相対論においてはもはや特殊相対性理論の「光速度一定」の原理は成立しないのです。 自分のいる場所以外での光速については、見る人によってその値が異なるのです。
また、観測対象の天体Ａと、地球との間に、ブラックホールがあると、天体Ａから発せられた光がブラックホールにより歪められ、歪んだ映像が地球に届く事があります。
さらに、光の進み方では、1つしかないはずの天体Ａが、２つ観測される事もあるのです。 本来、真っ直ぐ進めば地球にやってくる事はなかった光が、途中のブラックホールによって、軌道を変えられてしまいます。そのため、地球から見れば左右反対方向に飛んでいったはずの光が、レンズで曲げられたかのように途中で突然地球を目指し、結果として、地球で２つの天体Ａが観測できるようになるのです。
こういったいくつかの観測や実験で、重力で光が曲がると言う事が証明されました。
そして、重力が大きければ大きいほど、曲がり具合も大きくなり、一定以上重力が大きくなると光さえも吸い込まれる空間の歪みが生じます。
そこからブラックホールの存在が考えられるようになりました。
また、質量をもつ物体が光速に近い運動すると「重力波」というものが発生しそれは光速で伝わります。
質量を持つ物体が存在するとその周囲の時空はゆがみ、物体が運動することで時空のゆがみが「重力波」として光速で広がっていくのです。
２．重力は時間を遅らせる。
（重い物の周りでは、時間はゆっくり進む！）
空間が歪められると、2点間の距離は、歪んでいない時よりも伸びているので、光が2点間を移動する時間は、空間が歪んでいない時に比べ、歪んでいる時の方が、やや長くなります。
光が2点間を移動する時間が長くなると、どうなってしまうのか？
光の速さは、秒速30万km。これは何があろうと真空中である以上、絶対に光は秒速30万kmで進みます。
速度＝距離÷時間 であるならば、速度である光速は一定不変であるため、 距離が変化すると、時間（の流れ）が変動しなければならない。
この重力によって時間も歪んでしまうのです。
つまり空間の歪みが激しいところの方が、同じ２点間を移動する時間が長くなるので、その分、時間が遅くなるのです。さらに、相対速度が速ければ速いほど時間の遅れは大きくなるのです。
ブラックホールに対して、「重力は時間を遅らせる」という一般相対性理論を考えてみます。
重力が大きいほど時間は遅れるのです。ブラックホールでは時間が大幅に遅れ、表面では時間が完全に止まっているようにみえます。もし宇宙船がブラックホールに吸い込まれてしまっても、” 地球にいる” 私たちから見ると、宇宙船はブラックホールの前でずっと静止しているように映ります。
不思議に感じるかもしれませんが、「相対性理論」では時間は「絶対性」のある存在ではなく「相対性」のある存在なのです。
「重い物の周りでは、時間はゆっくり進む」ことを裏返すと「重いものから離れると、時間は早く流れる」となります。時間の誤差ケースで身近な例として、宇宙空間に打ち上げられている衛星で、重力が小さいことに加えて高速で移動しているので「時間の誤差」はより大きくなります。
GPS衛星とカーナビではタイムラグを生じているはずなのですが、きちんと相対性理論に基づいて時間を補正してくれているので正確に表示してくれるのです。
重いものの周りでは、時間が遅く流れる。
人間ほどの重力では時間の歪は起こらないので、上の図は誇張していますが理屈的にはこのようなことです。私たちがこの効果を感じるのは宇宙の巨大な星やブラックホールなど非常に重いものの周りに限られます。
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（担当P）
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