アインシュタイン物理学③

【 相対性理論 】

相対性理論はアインシュタインが発表した、
時間と空間に関する物理学の理論となります

前提として、2つの原理があります
まず、「相対性原理」とは、
「慣性系では、すべての物理法則が同じように起こる」という原理です。

次に「光速度不変の原理」とは、
「止まっている人から見ても、光速に近い速さで移動している人から見ても、
光の速さは等しく秒速30万kmで進んでいる」という原理です。

この前提に立ち、相対性理論はあります。
相対性理論とは２つあり、

特殊相対性理論と一般相対性理論にわかれます

特殊相対性理論とは、
重力の影響を考えない、

宇宙空間の様な特殊環境下において、
「時間の進み方や空間の大きさは『絶対的』なものではなく、観測者の置かれた状況によって変わる『相対的』なものである」です

意味わからないですね

【実験】
とりあえず自分なりに解釈と説明をするなら

宇宙空間に窓の無い🚃が走っていて、
長さが1mだとします

次に、床と天井に鏡をセットします

💡の速さは毎秒1mです

床の🪞に💡を当て、天井の🪞に💡が当たって
戻ってくるまでの時間は

高さ1m✖️2(往復)になるので、2秒です

これが電車内の人から見た💡の速さです

一方で、外から見た人はどうでしょうか？

外にいる場合、🚃は移動しています

その場合、
床から出た💡が天井の🪞に反射して戻ってくる場合には、体感4秒になるそうです

💡の速さも、🚃の長さも同じだが、アインシュタインの理論を使うとそうなるみたいです

複雑な知識はないのでわかりませんが、
実験を重ねても結果は一緒なので、それで良いそうです

これが、時間は絶対的なものではないということみたいです
そして、空間は伸び縮みするという事でもあるそうです

【一般相対性理論】

これに対して、
一般相対性理論は特殊な状況下ではなく、
普通空間🟰重力下で起きる事を想定しています

アインシュタインをもってしても、
特殊から一般にまで拡大証明するのに
10年かかったそうです

また、実験してみます

もし、太陽がある日突然消えたとします、
すると、☀️と引っ張り合っている🌏はどうなりますか？

等価の法則によれば、
地球は直ぐにその場からなくなるはずです

しかし、☀️から🌏までは、
光速度で8分かかるらしいので、
直ぐになくなりようがありません

何故なら、
☀️がなくなった事が🌏に伝わるまで、絶対に8分かかるからです

このニュートンの説を補完するために、
アインシュタインは研究を重ね、
一般相対性理論を完成させました

イメージとしては、こうです

まず、トランポリンの中心に鉄の球を置きます

すると、鉄の球(太陽)の重さ(質量)で、
トランポリンの中心は沈みます(歪みが出来る)

そのトランポリンの外側に、パチンコ玉(地球)を置くと、歪みがあるため、螺旋状にパチンコ玉は中心に向かって動きます

そこで鉄の球を外すと、
歪みは元に戻る動きになりますが、すぐに元の平に戻るわけではなく、時間をかけて戻ります

トランポリンを沈める力が重力で、重力には空間を歪める力があります

☀️がなくなっても、🌏がすぐに動かないのは歪みがあるからで、ニュートンの説は改めて正しいことが証明されました

余談ですが、
あまりにも質量が大きい物体は、
歪みが強大になってしまうため時間が停止し、何でも飲み込んでしまう重力場が発生している状態になります、
これをブラックホールと呼ぶそうです

以上のことが、相対性理論の概要です、いまいちわからない部分もありますが、

詳細はリハックの野村さんのYouTubeをご覧ください

次回は、量子力学になります