テレビやネットで度々耳にする相対性理論ですが、どういった理論で私たちの生活とどう関係があるのでしょうか。
このページでは、よく聞くけど難しそうな相対性理論について、子供に聞かれてもパッと説明できるようになることを目指してまとめてみました。
偉大な天才 アインシュタイン
- ベロだしの似顔絵で有名な人
- 1879-1955 ドイツ生まれ
- ノーベル物理学賞受賞
- 特殊相対性理論、一般相対性理論、ほかにも様々な理論を提唱した業績で知られる
アインシュタインは、我々が生きている時間感では実感できない理論を、「思考実験」という頭の中だけで想像する実験で事実を的確に発見したようです。
相対性理論とは
相対性理論には、「一般相対性理論」と「特殊相対性理論」があります。特殊相対性理論の「特殊」とは限定的な場面や制限付きという意味であって、特殊な場合で適用される理論となります。
特殊相対性理論では等速直線運動時の理論であるのに対して、一般相対性理論とは加速度運動している観察者の視点も考慮して説明できる点で異なります。
相対性理論は、宇宙誕生をなぞを科学的に説明できるようにした革命的な理論で、私たちが生きているこの世界を数式で表すことを可能としました。
ちなみに、相対性理論とともに物理学の20世紀二大革命とされている量子論は、「ミクロの世界における物質感」を理論化したもので、半導体チップの中身の世界などを説明しています。（こっちは難しすぎたので誰か簡単に教えてほしいです。）
相対性の「相対」とは何か
相対性理論では、自分が見ている世界と他人が自分を見ている世界とで見え方が違うことを説明しています。
例えば、走っている電車を見たときに私から見れば電車が動いて遠ざかって行きますが、電車から見れば私がどんどん遠ざかっているようにも見えます。
しかし、これはどちらかが間違っているという話ではなく、どちらも合っている＝相対的、ということを相対性理論では説明しています。
相対性理論の不思議
- 動いているものは長さが縮んで見える
- 自分が動いているとき止まっている相手が細く見える
- スピードが上がると体重がどんどん重くなっていく
いきなり意味がわかりませんが、相対性理論とは、我々が普段実感出来ないような状態での理論を纏めたものなので、日常生活では全くと言っていいほど身近に感じることはありません。
なぜなら、相対性理論は光の速さ（秒速299,792,458m 約30万m/秒）をベースに考えられているからです。
光の不思議
- 光の速さは常に一定の速度
どんな小さいな物質でも質量があるため相対的に動く速度が変わるが、光は質量が０なので一定の速度で動ける - 多くの人が繰り返し実験したが、どうしても常にそうなってしまうことが結論
- 光は運動の相対性や速度合成の法則が適用されない
（自分の走っている車のスピードと対向車のスピードが合わさって、すれ違う時にものすごく早く感じるあれ）
相対性理論の発見のすごさ
相対性理論のすごさは、これまで別々の概念であった時間・空間・物質のすべてが関連していることをまとめ上げたところにあります。
時間は相対的なもの
時間は唯一絶対の概念ではなく、「互いに遅れる」というのが相対性理論で提唱された発見です。
この「互いに」＝相対＝どちらも正しいという意味であり、動いている人、止まっている人それぞれ独自の時間基準を持っていることは正しいという考え方が相対性理論の神髄です。
重力と加速度は同じ役割を果たす
- 重力質量(重さ)=モノの重さ軽さは物体が重力に対して物質がどういった反応しているのか
- 慣性質量(加速度)=物体に力を加えた時の加速しにくさ、動かしにくさ
- 等価原理は重力質量(重さ)と慣性質量(加速度)を証明した
→重力という力は加速度運動によって作り出せる
質量とエネルギーは同一のもの
- 物体の質量が大きい(重い)と加速度は小さくなる
- 質量が小さい(軽い)と加速度が大きくなる
- モノは光速の二乗に質量をかけた分のエネルギーが姿を変えた存在であり、
1グラムの物資の中には90兆ジュールのエネルギーが含まれている
(1ジュールは1カロリーの1/4)
(1カロリーは1g(1cc)の水を1度上げるのに必要なエネルギー量) - 原子力とは、ウランの原子核に中性子をあてると原子核分裂が起こる際、質量がわずかに減り同時に大量のエネルギーが放出されることである
- 原子力のすさまじいエネルギーは、核分裂が起きる際に発生するエネルギーと同時に多くの中性子が生み出され、その中性子が他のウラン原子核に当たり、さらに繰り返し核分裂が起こることによって生まれる。
重いものは時空をゆがめる
- 物質は周囲の時空をゆがめる
→物質の存在が時空のゆがみ方を決める
→時空のゆがみ方が重力による物質の運動を決める - 皆既日食の時に太陽の近くの星の位置が少しずれていること、水星の近日点(公転時に太陽に最も近づく近日点という、)が移動していることで立証された
相対性理論まとめ
この記事のまとめ（子供に簡潔に言うなら）
相対性理論とは、時間・空間・物質がすべて関連していることをまとめ上げ、宇宙誕生のなぞを科学的に証明したすごい理論。
ありがとうございました。
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