そうたいせいりろんとは? わかりやすく解説

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相対性理論

読み方:そうたいせいりろん

相対性理論とは

相対性理論とは、アルバート・アインシュタイン発表した物理学理論で、どこかに絶対的な原点を置く座標系ではなく観測者立場によって互い時空間が「相対」して変わるものとしてとらえるものである一言わかりやすく言うと光の速さ一定であるとし、時空間は歪むものととらえる理論である。重力時空時間空間)のゆがみで表されより大きい質量による大きなゆがみに他の物体引き寄せられるとして重力説明する。相対性理論は「特殊相対性理論」とそれを改良した一般相対性理論からなる特殊相対性理論1905年発表一般相対性理論は1915~16年発表された。特殊相対性理論内では式E=mc2エネルギー質量×光の速さ二乗)があり、簡単に言うとエネルギー質量変換可能であることを示す。相対性理論によってさまざまな物理現象説明予測できる

アイザック・ニュートンによる万有引力理論をより深く広範囲適用できる優れた理論として、相対性理論は現代物理学根幹を成すものとなっている。万有引力重力を「引く力」と説明するが、天体観測する計算上合わない例外があった。相対性理論はこれを説明でき、理論正確性天体観測高速ロケット用いた実験により証明されている。GPSにもこの理論使われており、相対性理論を使わなければ実際に誤差生じる。英語では、相対性理論は「theory of relativity」。特殊相対性理論は「special theory of relativity」、一般相対性は「general theory of relativity」である。しばしば冠詞「the」をつけ「the theory of relativity」、また「アインシュタイン発表した相対性理論」という意味で「Einstein's theory of relativity」と書く。

特殊相対性理論とは

特殊相対性理論慣性運動する観測者どのように観測し、また他の観測者観測されるのかについて述べた理論である。そこでは「光速度不変の原理」を土台理論展開される。これは、真空中では光源どんなに動こう光の速さ変わらないことを前提考えということである。例えば、電車乗っている人が電車の床にボール落とせばI字型に手元跳ね返ってくる。同時に静止した状態で電車を外から見ている人にはボールV字形に移動しているように見え、より移動距離長く見える。これをボールではなく光で考えると、光の速度一定変わらないので、電車中の人から見える光の移動かかった時間と、電車の外の人から見たより長い距離の光の移動かかった時間異なることになる。光の速さ変わらない代わりに時間進み方が観測者によって変わる。

双子のパラドックス(または時計のパラドックス)はこのような時間の流れ違い問題にした思考実験である。静止している人Aのもとを高速離れて戻ってきた人Bは、静止していたAより時間の経過遅くなっていることが特殊相対性理論から予測される一方理論から、高速移動したBを基準とすればAが高速離れていくように見えるため、Aのほうが時間の経過が遅いように見えるはずだ、というものであるこのような二者同時性考えるとき時空図用いそれぞれの座標落とし込み理解することができる。また、空間物体別に存在するものでなく、時間合わせて4次元時空考える。物体高速で動くほどその質量大きくなり、運動方向に対して収縮する

一般相対性理論とは

一般相対性理論では、重力時空間曲がり説明し、より広範な状況における物理法則扱われるその実際の観測例となるのが「重力レンズ」である。これはブラックホールなど大きな質量によって曲がる空間により、ブラックホールより後方天体あたかもレンズのように曲がる光となって観測者に届く現象である。1919年エディントン皆既日食利用し太陽重力によりわずかに曲がる光を観測した発表し、相対性理論が注目を浴びることとなった

この理論では等価原理重要な要素である。これは重力質量と慣性質量等価であるとする考えである。例え自由落下するエレベーター空間内部無重力状態と、無重力空間にあるエレベーター空間内部人間からはどちらも同じと捉えられるというものである。または、無重力空間急上昇するエレベーター内で慣性の力を受けることと、地上重力感じている状態を同等考える。これにより特殊相対性理論の「特殊」な状況限定した事象からより一般的な事象扱えるようになった

一般相対性理論物体時間空間個別扱わず互いに関連し不変ではないものとした。巨大な重力をもつ天体であるブラックホール解明にも大きく寄与する中心となる方程式アインシュタイン方程式で、重力場力学記述する。この理論によって予言され重力波大きな質量によってゆがむ時空光速伝播する宇宙物理現象)は、2016年重力波望遠鏡観測されたと発表された。

相対性理論と量子力学の概念の違い

量子力学電子光子などごく微小な世界から発展した現代物理学分野である。素粒子存在位置確率求める。その始まりプランクの「エネルギー量子仮説」である。非常に小さな値であるプランク定数用い、ある振動数の光が持つエネルギー不連続な量をとることを示す。従来自然科学では自然現象の値は連続するものと考えられていたため、プランク仮説は非常に画期的であった

ニールス・ボーア原子内の電子軌道半径不連続な値をとる)について「量子条件」を提唱原子放つ光の振動数を「振動数条件」で説明し量子力学貢献した量子力学は「観測」が結果与え影響大きく観測者観測対象一元的捉えなければならない性質がある。コペンハーゲン解釈では、素粒子観測されていないとき「波」であり、観測によって波が収縮し確率的に一点に「粒子」として存在する性質だと考える。また、位置運動量同時に特定できないこのような素粒子性質実際観測するために「ダブルスリット透過実験」がある。この結果干渉確認され電子の波の性質確認された。

シュレーディンガー波動関数物質波の状態を示す)を含めたシュレディンガー方程式発表し波動力学発展した量子力学発展途上であるがすでにコンピューター電子機器には量子力学使われており、量子コンピューター開発されている。量子論以前物理学は相対性理論も含め古典物理学分類されるアインシュタイン光量子仮説提唱し量子論貢献したが、決定論的な物理学固執し生涯量子論賛同しなかった。ミクロの世界から発展した量子力学マクロ世界で重力を扱う相対性理論は相性悪く双方理論統合今後物理学課題となっている。

相対性理論

読み方:そうたいせいりろん

相対性理論とは、物理学理論一つで、アルベルト・アインシュタインによって提唱された。この理論は、物理法則全ての慣性系同一であるという特殊相対性理論と、重力幾何学的に解釈する一般相対性理論二つから成り立つ。 特殊相対性理論は、光の速度観測者にとって常に一定であるという事実に基づいている。これにより、時間の経過物体長さ観測者速度によって変わるという時間膨張長さ収縮といった現象導かれる一方一般相対性理論は、重力空間と時間歪みとして理解する。これにより、重力存在する場所では時間遅く進むという時間遅延や、光の経路が曲がる光の偏向といった現象説明される

相対性理論

読み方:そうたいせいりろん

「相対性理論」とは・「相対性理論」の意味

#アルベルト・アインシュタイン提唱した「相対性理論」とは・「相対性理論」の意味
「相対性理論」とは、物理学者であるアルベルト・アインシュタイン氏により定義され現代物理学基本的理論だ。特殊相対性理論一般相対性理論総称として相対性理論と言う。相対性理論を一言で言うと、時間空間相対的なものであり、光の流れ絶対的なのであるという理論だ。アルベルト・アインシュタイン氏は相対性理論を提唱し当時物理学根本から覆した

##時間空間相対的なもの
相対性理論の定義の1つとして挙げられるのは、時間空間相対的なのであるという考えだ。つまり、時間空間は人によって異なり、同様ではないという理論である。通常考えると、誰もが同じ時間の流れ共有し1つ物質に対して同様の物として捉える解釈されている。例えば、1分間は誰にとっても同じ1分間であると思い、50cmの物質もやはり誰にとっても同じ50cmであると思うのではないだろうか。

しかし相対性理論では、時間の速さ物質大きさそれぞれ見る者や感じるものによって異なるという定義である。つまり、これらは絶対的なものではなく相対的なのであるという理論だ。

アルベルト・アインシュタイン氏は時間空間相対的理論に関して物理専門家でない人に対して分かりやすく解説している。その内容とは、「ストーブに手を直接当てて1分間過ごす時間かわいい女の子一緒に過ごす1分間は同じ1分間とは言えない。ストーブに手を当てる1分間1時間ほど長く感じるが、かわいい女の子と共に過ごす1分間瞬く間過ぎ去ってしまうだろうそれこそが相対性理論だ。」と述べている。

##光の流れ絶対的なもの
相対性理論のもう一つの定義として挙げられるのは、光の流れ絶対的なものとい考えだ。アルベルト・アインシュタイン氏が相対性理論(特殊相対性理論)を発表する前は古典論物理学に基づき光の速さは完全に静止した物体から計測するものだという考えであった

古典論物理学原点となったのは、速さ観点対す疑問であった例え自動車一定の速度走行していた場合静止した人物感じ自動車速度並行して走行している自動車感じ速度では速度感じ方異なる。そのため何を基準として速度計測すればよいかという疑問点生じた際に、宇宙において完全に静止している場所から計測すべきであるという考え採用したのである

しかし、アルベルト・アインシュタイン氏は古典論物理学に対して相対的理論根幹となる光の流れ絶対的なものと言う考え投げかけた。どの慣性系から光の速さ計測しても変わることはなく、それは絶対静止系であっても動きを伴う物質であっても同じであるという理論元にである。

##特殊相対性理論一般相対性理論
アルベルト・アインシュタイン氏が1905年発表した特殊相対性理論においては時間質量長さといった概念は、観測者存在する慣性系により異な相対的なのであるが、唯一光の速さだけは絶対的なものと言う理論提唱した。後の1915年から1916年にかけて発表した一般相対性理論では、特殊相対性理論適用範囲拡大し重力と加速度運動取り込んでいる。一般相対性理論においては重力場における時空のゆがみリーマン幾何学を基に提唱したリーマン幾何学とは、曲面変形した2次元のものとみなし、曲面上の幾何学多元的表現したのである

特殊相対性理論一般相対性理論に基づくと、物体が動くスピード光の速さ(c)近くなるほど時間遅くなり、そして長さ縮んでいくこととなる。ある質量持った物体が動く際には質量(m)に合わせたエネルギー(E)が必要だ。その関係式E=mc2と表すことができる。

##相対性理論の法則式:E=mc2
アルベルト・アインシュタイン氏の相対性理論から導き出されE=mc2は、わずかな物質でも膨大なエネルギー持っていること、またはエネルギーから物質誕生させることが可能ということ表している計算式だ。

わずかな物質膨大なエネルギーを持つということ具体例としては、原子力発電などで用い放射性物質核分裂核融合挙げられるエネルギーから物質生み出すのは、加速器用いて粒子粒子衝突させることにより、すべての物質根源となる素粒子発生させ、そこから物質生成されるという仕組みとなっている。

相対性理論を表すE=mc2と言う計算式は、無限の可能性秘めているため「世界で最も美しく、そして最も恐ろしい計算式」と称されている。

##時間は縮む
相対性理論によって時間は縮むということ立証された。光の速さに近づけば近づくほど物体質量増大し、必要となるエネルギー比例して大きくなる時間相対的なものの具体例としては、ウラシマ効果挙げられるウラシマ効果とは日本の昔話である浦島太郎由来しているが、これは現代における宇宙船にも通じるものがある。例えば、光速進んで行く宇宙船搭乗員は、地球帰還した際に年をとっていないことが挙げられる。なぜなら、1秒間地球を7周半するのが光の速さであるため、宇宙船搭乗員にとっての1秒は、地球上の人にとっての7.5日分となるからだ。そのため、地球基準として考えると、宇宙船内では時間縮んでいると考えられる

##相対性理論の提唱者・アルベルト・アインシュタイン功績
相対性理論の提唱者であるアルベルト・アインシュタイン氏は、1921年に相対性理論でノーベル物理学賞受賞した同年には、科学対す多大なる功績である相対性理論に対しイタリア科学アカデミーによりマテウチ・メダル授与されている。1925年には科学分野において最も歴史があるコプリメダル授与された。その後フランスイギリスドイツ名だたる権威化学賞受賞している。

##平和主義者であったアインシュタイン
アルベルト・アインシュタイン氏は平和主義者であった人物だ。広島平和活動家である谷本清牧師との面会時には原子爆弾開発根幹成している相対性理論の発明悔やみ謝罪したと言われている。また、湯川秀樹氏と面会した際も同じく相対性理論に関する自責の念から涙を流して謝罪した1955年逝去する前年には、「もし広島長崎落とされ原爆開発予見ていれば特殊相対性理論研究破棄していたであろう。」と語っている。

##一般相対性理論立証
特殊相対性理論は、アルベルト・アインシュタイン氏による高速粒子加速器用いた実験立証されている。しかし、一般相対性理論は、アルベルト・アインシュタイン氏により立証されてはいなかった。そのような中、2020年東京大学香取秀俊教授研究チームにより、一般相対性理論立証されることとなる。光格子時計という300億年に1秒しか誤差出ない高精度時計用い東京スカイツリー展望台地上2か所において計測実施した。すると、地上よりもスカイツリー時間速く進んでいたのである。この実験により、一般相対性理論通じる「重力小さい場所においては重力大きい場所よりも速く時間進んでいる」ということ立証された。

#その他・日本のバンド「相対性理論」とは・「相対性理論」の意味
日本には相対性理論と言う名前で音楽活動しているバンドがいる。2006年9月結成され2009年1月には、2枚目のアルバムハイファイ新書」がオリコンデイリーアルバムチャートで4位を記録した2010年7月にはスマップアルバム楽曲提供し、アニメ作品四畳半神話大系』のエンディングテーマ曲手掛けている。近田春夫高橋幸則、砂原良徳など日本代表するトップテクノミュージシャンとのコラボ数々行っているバンドだ。

相対性理論は、ヴォーカルやくしまるえつこ氏が中心バンドで、そのほかメンバー数回チェンジしている。独特の歌詞リズム魅惑的なウイスパーヴォイスが評判となり、カルト的人気誇っている。しかし、ヴォーカルやくしまるえつこ氏の体力がないという理由からツアーなどは行っていない。相対性理論と言うバンド名の由来は、やくしまるえつこ氏の父が科学者であったことが由来となっている。


そうたいせい‐りろん〔サウタイセイ‐〕【相対性理論】




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