相対性理論とは

アルバート・アインシュタインは多くのことで有名ですが、彼の最大の発案が相対性理論です。 7273>

相対性理論とは何でしょうか？ 簡単に言えば、「物理法則はどこでも同じである」という考え方である。 地球上にいる私たちは、宇宙の片隅にいる人と同じ光と重力の法則に従っているのです。

物理の普遍性というのは、歴史が田舎くさいということです。 見る人によって、出来事のタイミングや間隔が違って見えるのです。

特殊相対性理論

アインシュタインの理論は、特殊相対性理論と一般相対性理論に分けられます。

アインシュタインは1905年、地球が太陽の周りを旋回しても光速が変わらないことを実験的に示した後、この結論に至った。 アインシュタインは、すべての観測者が、どのような速度と方向で移動していても、光の速度は毎秒 186,000 マイルであると測定されると述べた。

この格言は、コメディアンのスティーブン・ライトに、「もしあなたが光速で移動する宇宙船に乗っていて、ヘッドライトを点灯したら、何か起こるだろうか」と質問させました。 光は出てくるが、宇宙船の速度と同じである。

このような矛盾が生じるのは、時間と空間を示す定規と時計が、観測者によって同じでないためである。

たとえば、光速の99.99%で移動する長さ100フィートの宇宙船は、静止した観測者からは1フィートの長さに見えますが、船上の人々にとっては通常の長さのままなのです。 双子の姉妹が高速の宇宙船で遠くの星まで行き、戻ってくると、地球に残った妹よりも若くなります。

質量もまた、速度に依存するのです。 質量も速度に依存し、速く動けば動くほど、質量は大きくなる。 実際、どんな宇宙船も光速の100%には到達できない。質量が無限に増えてしまうからだ。

この質量と速度の関係は、しばしば質量とエネルギーの関係として表される。 E=mc^2, Eはエネルギー、mは質量、cは光速です。

一般相対性理論

アインシュタインは、時間と空間に対する我々の理解をひっくり返すことに終始したわけではありません。 彼は加速度を含むことで自分の理論を一般化し、これが時間と空間の形状を歪めることを発見した。 乗っている人は、地球にいるのと同じように地面に張り付くことになります。 アインシュタインは、私たちが重力と呼ぶ力は、加速する船の中にいるのと区別がつかないと主張した。

これ自体はそれほど革命的なことではありませんでしたが、アインシュタインが複雑な計算をしたところ（10年かかりました）、巨大な物体の近くでは空間と時間が曲がっており、この曲率が重力の力として私たちが経験するものであることを発見しました。

一般相対性理論の方程式は多くの現象を予言し、その多くは確認されています。

• 巨大な天体のまわりで光が曲がる（重力レンズ）
• 水星の軌道がゆっくり進む（近日点歳差）
• 回転体のまわりで時空がひきずられる
• 重力から逃げる光が弱まる（重力赤方偏移）
• 重力波（空間-空間におけるさざなみ）