タイムトラベルは理論上実現可能！？特殊相対性理論を物理専攻が超簡単に解説

こんにちは。趣味に生きる学生です。今回は、特殊相対性理論を、ウラシマ効果に着目して簡単に解説したいと思います。かつてなく大変そうですが、頑張ります！
※今回の記事では相対性理論の概要を掴んでもらうのが主なので、細かい説明や用語は省き、面白い部分をピックアップしての解説となります。ご留意下さい。

その前に、"相対"という言葉の意味をみなさんはご存知でしょうか？知らない方のために説明すると、「二つの人・物を比べて、その違いで立ち位置が生まれる場合」という意味です。
「2人の学力や成績の差は相対的なものだ」という感じで用いる言葉です。一言で言うと、それぞれ違うって感じです。

相対性理論が生まれたきっかけ

まず、相対性理論の生まれたきっかけについて話をしたいと思います。
相対性理論の生みの親はみなさんご存知、アインシュタインです。彼は何から特殊相対性理論の発想を得たのでしょうか。

相対性理論を生み出すきっかけは、自分が光の速さで光を追いかける夢を見たことだったという。世界最速の光に並走することができたなら、それは止まって見えるのだろうか？それともまだ動いて見えるのだろうか？
ここから彼の理論は始まりました。

相対性理論の理解へ向けた前準備

相対性理論を理解する上での基本的な原理を紹介します。
・光速度不変の原理
光の速さはいかなる時も変わらない、という原理です。ここでの、"いかなる時"と言うのは、何処にいてもどのような状態でも一定と言うことです。今は少しこの"一定"の理解が難しいかも知れませんが、すぐに理解できます。

・相対性原理
相対性原理は、互いに運動する物体の座標系の間では、物理学の法則が不変な形を保つという原理です。これはあまり理解していなくても大丈夫です。興味があったら調べてみてください。

特殊相対性理論の超簡単解説

それでは、解説を始めたいと思います。
特殊相対性理論とは簡単に言うと、「この世に絶対的な時間など存在せず、時間とは極めて相対的なものだ」という理論です。まだ理解は出来ないかと思いますので、順に解説していきます。


あなたが今時速10kmの電車に乗っているとします。その横に時速10kmで同じ方向に進むボールが見えます。電車に乗っているあなたから見ると、そのボールは止まって見えますよね？同じ速度で動いているので当然です。

ですが光は違います！あなたが何kmの電車に乗っていようが、光だけは止まっている時の速度と全く同じ速度で進んでいるように見えるのです。
分かりやすく時速10kmで進むボールを光だと仮定します。止まっている時にボールを見ると当然ですが時速10kmで進んでいます。ですが時速10km、はたまた20km,30kmの電車に乗ってボールを見ても、時速10kmで動いているように見えてしまいます。これを光速度不変の原理と呼びます。

ですがこれ、おかしいと思いませんか？
仮に、僕らが時速10kmで進んでいるときだけ光も時速10kmプラスして動いている、と考えれば矛盾は解けますが、それでは光速度不変の原理に矛盾してしまうことになります。
一体何が起こっているのか？それは

時速10kmで進む僕らの時間が遅く流れている

ということです。全ては光速を光速として認識するために、時間の流れが遅くなっています。これだったら電車の速度を落とさなくても光速として認識することができますね。
では速度を上げていくとどうなるのか。
結論から言ってしまうと、僕らが速く動けば動くほど、時間の流れはゆっくりになります。
そして(ありえませんが)僕らの動きが光速に達した時、時間は止まります。ザ・ワールドです。

ではここで言う"ゆっくり"とは、誰からみた"ゆっくり"なのでしょうか。
それは、止まっている人から見た"ゆっくり"です。
極端な話ですが、光速に近い速度で走る電車に乗っている人がいます。そして、それを見ている人がいます。電車が走り出したタイミング(スタート)と電車がある地点についた瞬間(ゴール)に2人とも全く同じタイミングでストップウォッチを押します。
このとき、見ていた人のストップウォッチは20秒ぴったしでした。
ですが、電車に乗っていた人のストップウォッチは15秒でした。
これが時間がゆっくり流れた、ということです。もちろんストップウォッチが壊れていたり、2人のタイミングがずれていたわけでもありません。
2人の時間に歪みが生じたのです。

ですが実際にはこんなに大きな違いは出ません。新幹線に乗って東京から博多まで約1200Km行ったとしても、10億分の1秒しか差は生まれません。

タイムトラベルをするには(ウラシマ効果)

この理論を用いてタイムトラベルをするには、ウラシマ効果を使います。言っておきますが過去に行くことはできません。あくまでも未来に行くことだけです。実際に検証してみましょう。

あるところに双子の兄弟がいました。兄をA弟をBとします。2人とも20歳です。
Aは高速の80%で進む宇宙船に乗り、24光年先にある惑星を目指す。地球までの往復には60年かかる。その間Bは地球で帰りを待っている。
60年後、地球で再開した2人だが、地球で待つBが80歳になっていたのに対し、Aは56歳だった。光速の80%で進むと、宇宙船内の時間は地球にいる時の60%になる。60×0.6=36で36年しかAの時間は経過していなかったのだ。これにより、Aは24年後の未来へタイムトラベルしたと言える！

ということでタイムトラベルは実現しました！ですが、現代の技術力では高速の80%で進む宇宙船は開発できないので、これを試すのはもうちょい先になりそうですね、、😅

今回の記事はいかがでしたでしょうか！難しい理論ですが少しでも身近に感じていただけましたか？なお、今回の記事はあくまで概要を説明しただけに過ぎないので、相対性理論のほんの一例に過ぎません、、。好評でしたらこれ系の解説をちょこちょこ出していきたいと思います。
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