アインシュタインの相対性理論の大枠をつかもう!

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「相対性理論」を楽しむ本―よくわかるアインシュタインの不思議な世界 (PHP文庫)

はじめに

理系の大学生であるなら、相対性理論がどういうものか知っておきたいと思い購入。

500円で相対性理論が分かると考えれば、安いもの。コストパフォーマンスはかなり良かったかと。
一読で全てを理解するのは難しいですが、大枠はつかめます。
このシリーズは「量子論」と「最新宇宙論と天文学」というのもありますので、そちらもいつか書ければ。

相対性理論大枠

光の速度が一千万分の一(約30m/s)という仮想テーマパーク。
ここでは、以下のような不思議な現象が起きます。

・動いている物の長さが縮む(動いている自分からは周りがほっそり見える)。
・スピードが上がると体重が重くなる。
・動くものは止まっている物より、時間の進み方が遅くなる。
 →テーマパーク内で働くおじいちゃんは、テーマパークの外で暮らす孫より
  若いということも。
・重力の強いところで、光がまがって進む。

これらが実生活で体感できないのは、光が速すぎる(約30万km/s)ためです。
簡単に言うと、相対性理論とは

「時間や空間は絶対的なものではなく、立場によって変わる」

というものです。

特殊と一般

相対性理論には特殊相対性理論と一般相対性理論があります。

特殊とあるように、前者は制限付き、限定された条件にのみあてはまる理論です。

その条件とは、運動を見る観測者が「等速直線運動」であること。
一方、後者の一般は、等速直線運動を含む「加速度運動」に適用されます。

相対と絶対

相対:他との関係の中で、成立するもの。比較する対象が必要。
絶対:他との関係や比較を必要としないもの。

相対評価、絶対評価からも、この違いは分かります。

しかし、この意味以外にも、
相対には
「どれも正しい、どれも平等に価値がある」

絶対には
「それだけが正しい、他は間違いであったり、価値が劣る」

という意味があります。

音感で考えると分かりやすいです。
ソ・ラ・シ・ド・レ・ミ・ファ#・ソという旋律。

一般の人:音程、即ち前後の音との関係に注目して聴くため、
     ド・レ・ミ・ファ・ソ・ラ・シ・ドと聴こえる。

絶対音感:他の音とは比較せず(つまり絶対的に)把握するため、
     ソ・ラ・シ・ド・レ・ミ・ファ#・ソと聴こえる。

一般の人の聴き方が間違っている訳でもありませんし、どれかだけが正しいという訳でもありません。

特殊相対性理論

土台になるのは以下の二つ。

・ガリレイの相対性原理:等速直線運動をしている場所では、物体の運動の
            法則が、静止した場所と同じように成り立つ。

・光速度不変の原理  :光は観測する場所の速さや、光源の速さに関係
            なく、常に30万km/sで一定。

理屈を語るには足りないので、ここでは結論だけを。

・光速に近い速さで動くと、時間の流れが遅くなる。
・光速に近い速さで動くものは、縮む(空間が縮む)。
・光速に近づくにつれ、物体の質量が増大する。
 →エネルギーは質量に変換される。
  逆も然り(原子爆弾、原子力発電の原理)。

一般相対性理論

土台になる原理

・等価原理:重力と(加速度運動による)慣性力は同じとみなせる。

ここでも結論だけを。

・加速度運動を行うものは、時間の進みが遅くなる。
・重力の影響を受けているものは、時間の進みが遅くなる。
・重力は時空のゆがみがもたらす現象。
 時空のゆがみは、時空に物質が存在することでできる。

特殊相対性理論が、時間と空間の関係を説明しているのに対し、一般相対性理論は、時空(時間+空間の4次元)と物質の関係を説明しています。

感想

相対性理論は奥が深いし、理解しづらいです。
だから、この1冊を読んだだけで全てわかるとは言えませんが、大枠として6~7割は理解できると思います。

僕は合わせてニュートン(2005.7)も読みました。
いろいろな説明の仕方もありますので、2冊読むことで理解度も変わりました。

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