相対性理論の入門の入門

いきなりですが、あなたは自転車で車を追いかけました。 自転車から見た車の速度は？ 60 10 自転車から見た車の速度は 60-10=50 これを相対速度といいます。

でもある不思議な物質を追いかけようとすると、、、 10 30 ? 30-10=20 30 29.999 30 ? 30-29.999=0.001 30

ある物質とは、光です。 これを光速度普遍の原理 といいます。

直感にあいませんよね？不思議ですよね？？ 当たり前のことが成り立たない、 ということはどこかが派生しておかしなことがおこるはず です。 今日はそれらについて話していきたいと思います。

そもそも、我々というのは 物理定数がある値の宇宙の！ 数千億ある銀河の中の一つの！ 数千億ある恒星の中の一つの！ 太陽からちょうどこれぐらい離れた！ 地球！というあまりにも限定的な状況で進化した生命体です！ そこで培われた直感がバイアスだらけでないわけがない！！！ 謙虚になりましょう。我々ごときの直感・感覚がこの宇宙・世界をうまく感じ られているはずがないと。

いいですか？光速度普遍の原理は事実なんです。 もう受け入れてください。 そうすれば、世界をより正しく認識できるのですから。

そもそも速度ってなにかというと、 ある時間で進んだ距離(空間)で表されます。 速度は二次的に決まるものであると習います。 速度 = 距離/時間

しかし、光に関してはその速度が先に決まってしまっている んです。 となると、辻褄あわせのために空間と時間におかしなことがおこります。 このため、相対性理論は時空の物理学 と呼ばれたりもします。 速度 = 距離/時間

思考実験を行いましょう。めちゃでかい宇宙船を用意します。 光時計というものを置きます。1秒かかります。 これを地球から観測しましょう。 A B 1秒

光速度cが一定なのでまず速度が決まります。 A Bさんが見た光の軌跡 V 速度c 速度c (普通なら√(c2 + V2))

この長さで1秒、てことはこの長さは長いから、、、、 はいそういうことです。地球から見ると1秒以上かかっているんです！ 速度c 1秒 速度c 1秒以上かかっている！ 宇宙船Aさんの方が、時間の流れが遅い！！

光速度普遍の原理だけを認めるとこんなことが起こるんです。 早い乗り物である電車でどの程度遅れるか計算してみましょう。 という感じで、ほぼ変わりません。 我々の一般的な生活には影響を及ぼさない →気付かない →相対論を介さない形の直感が形成される ということなんですね。

注意として、fkubotaは専門は物性物理学(とくに強相関電子系)が専門であって相 対論は素人といってもいいレベルです。 今回も、本当はもう少し厳密に、慣性系の話とか、特殊相対性原理だとかを話すべ きなんですが、面白さをコンパクトに伝えるべくなくなく省いています。

今日できなかった話。 - 空間も縮んだりするよ - 光の早さにどんどん近づいても絶対に追いつけないってことは、そのエネル ギーはどこにいくの？→質量に変わります。(E=mc2) - 光は質量0なのに、重力で曲がるの？→曲がります！一般相対性理論の出番 ですね！ - 光時計の例、宇宙船じゃなくて地球に光を置いたら逆のことが起こらない？→ なんていい質問！！これは双子のパラドックスです。時間のずれを確かめる ために合流した場合、宇宙船は逆方向に向く、つまり加速しているので特殊相 対性理論の枠組みだけでは話できないんです！ - 相対論て役にたつの？→GPSの計算に使われてますよ！だからgooglemap を使うたびに思い出して感謝しましょう！

もう少し勉強したい人に。 本を紹介。

どうですか？たのしかったですか？ 我々が生まれ落ちたこの世界、知らずに死ぬのは勿体無いと思いませんか。 物理学を学べばこの世界はきっともっと美しく思えるはずです。

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