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山神カルタと相対性理論 withグウェル先生

ぷらs/umomo

グウェルさんがまたインパクトのすごいタイトルな企画をやっておりました
宇宙を感じてる山神さんのサムネ絵好きすぎる

経緯としては山神さんの脊髄トークをグウェルさんが弄ってた（取り上げた）
ことをきっかけに、ガッキュー裁判の罰ゲームとして言い渡されたのが発端

でろーん氏のお言葉
「グウェルさんと山神さんは お互いがお互いのためになっていること そして
　にじさんじの輝かしいエンタメの一つになっていることに 気づいていないことが
　今回そもそもの問題なので お二人に罰ゲーム実施決定！」

――こうしてグウェルさんは山神さんの名誉を守るためにも
ためになる授業を実施することに決定したのであった

山神カルタが相対性理論を理解するやさしい授業

こうして生まれた授業コラボ、2時間足らずのアーカイブの見所について
忙しい人は光速度不変の原理の話あたりから特に面白い 34:00～

グウェルから学ぶ"光速度不変の原理"【山神カルタ/グウェル・オスガール/にじさんじ切り抜き】
https://www.youtube.com/watch?v=SFtg0G3QVyI
ちょうどその部分切り抜いてくれてる方がいたのでおすすめ
コメントも楽しむなら元動画のアーカイブもぜひ

この配信で見れる二人のライバーのすごいところ
・グウェルさんの、自身が知らなかったことでも教えられるようになれる能力
　グウェルさんの名前の由来がウェールズ語で「参照してください」の意
　っていうのもなんだか感慨深くなる
・山神さんの、集中力の深さと持久力
　山神さんの脊髄トークは脳死じゃなくて頭の回転が早すぎる説
などなどが感じられる内容となっており
そしてもちろん、これを見ると相対性理論への関心が深まるものとなっている

参考元動画について

むぎちゃんの言葉「源泉を知ることが大事」ということで……
この配信で大きく影響を受けているという参考元動画がこちら

予備校のノリで学ぶ「大学の数学・物理」チャンネル、通称ヨビノリさんより
中学数学からはじめる相対性理論

こちらも見た、冒頭ちょっと見始めるだけでも
「質問、たくみさんは一般相対性理論は全部理解してるんですか！」←ふくらP
生徒が豪華なんよ
積分サークル、QuizKnock、東大王等々で見かける面々の惜しまぬ質問
こんな知的好奇心に溢れる人たちで話し合ってるの楽しそうだなあ

こちらが学問に興味がある人向けの知的な授業とするなら
グウェルさんはエンタメに興味がある人向けにアレンジしつつ
ある意味では勉強をエンタメとして興味を刺激して巻き込んでくれるもので
それぞれの魅力が感じられた

紹介としてはこれくらいで、後のこの記事の流れは以下となっております
1.本編の細かいシーンを見ながらの感想（参考元動画との比較）
2.参考元動画を見たメモと感想
3.その他紹介したいものなど
都合上さらっと本動画みてから参考元動画見て、もっかい本動画見た

0:00～本編の感想、導入

グウェルさん自身も知らなかったので勉強してきたという相対性理論
「理論とは思考実験のようなもので
反するような実証結果が出ていないので理論が正しいと言われている」
といった概念的な話から導入

[大前提] 事実が直感的な感覚と違う！

この文章は参考元では相対性理論を学ぶメリットとして語られていて
「直感に反することを理屈で受け入れる訓練」とされていた
理屈っぽさを減らしてシンプルに投げかけるような言葉に変えているあたり
グウェルさんなりの工夫がみられる

目標
1.動くものの時間は遅れる
2.動くものの長さは縮む

これらを目標として提示して、授業のゴールを最初に明らかにしている

グウェルさん「何を言ってるのかわからないじゃないですか」

その上で分からんという感情について山神さんと視聴者の共感に寄り添う

次に二つの原理で【特殊相対性原理】の順を参考元とは逆にして持ってきている
原理が二つあるんだなと思わせてから、面白い方を後に残す形で
後の方を印象付ける工夫かなと思う

【特殊相対性原理】
どの慣性系から見ても物理法則は同じ
「慣性系」とは
静止or等速直線運動をしているもの

山神さんの質問「曲がってるものには反映されない？」
これ参考元で天才がした質問と一緒なんよ

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地球の動きの話を加えて物の動きは相対的であることを説明
まずなるほどと納得、山神さんが興味を示す

34:00～光速度不変の原理

【光速度不変の原理】
どの慣性系から見ても光の速さは変わらない

参考元ではとりあえずこれを受け入れて進もうと提示されて
質問が色々飛び交ってから話が進む
グウェルさんはここを醍醐味と考えてか、それら質問も部分的に取り入れてつつ
車と電車の相対的な見え方の話をクッションに
光の速さは変わらないということを分かりやすくじっくり掘り下げている

グウェルさん「私も実は何で？って思ってます」

光は世界のバグだのチートだのとコメントが賑わった

グウェルさん「30万km/sがこの世界の限界だったんだと思います
まず前提として、この世界に光より速いものは存在しないです
私の解釈として、光より速いものがこの世に存在しないと同時に
光はもう限界を突破していて、この世界に存在しうる光の限界が30万km/sで
車が15万km/sで追いかけてこようが、
光は常に限界MAXの30万km/sを表示し続けるッ……！」
グウェルさん「これ、とんでもない事実ですよね、
こんなとんでもない事実を今日まで知らなかったんだって
ちょっとこれを知った時思いました」
山神さんの名言「すげー、世界おもろ！」

エンターテイメント的にも視聴者の中二心をくすぐるような展開になっていった

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山神さんがここで聞き流さず、前の原理との関係について疑問を出す
話の繋がりを汲み取ろうとするのが、これもまたふくらPもやってた質問だなぁ

グウェルさん「山神カルタが相対性理論を理解するやさしい授業の
タイトル通り、カルタさんがわからないことがあったら
そこで一回ストップするのは今回の配信の趣旨になっているので
わからないことがあったら毎度聞きなおしてくれればと思います」

と、質問をより促す方向へ一言サポートしている
このカルタさん第一に尊重の姿勢が良い授業空間を生んでいる

ここで話にも挙がっていた参考元動画のヨビノリさんが降臨
ヨビノリさん側も注目していてツイートもしてた

速さ＝距離÷時間　の公式　ここで察する人たちの気づきが面白い
山神さんもホラーゲームみたいな反応し始める

ヨビノリさん「理解の速さが光速で草」
山神さんの名言「遠慮してるんだ、みんな光に」

光に忖度しだす空間と時間、光全肯定時空、光はフミ様
Vリスナーならではの面白コメントが飛び交っていた

1:00:00～この辺から「時間の遅れ」計算の話

参考元での時空図の話を省略してメインパート「時間の遅れ」へ
時空図は元動画でも理解しづらい部分があって補足的なものだったし
すぐメインに行ったのもいい判断だと思う

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図を描いて説明していく

山神さんの質問「Bさんが見てる光の速度と、Aさんが見てる光の速度って
ただ上にいくだけだから変わんないんじゃないんですか……？」

これも前項の光の速さは変わらないを意識して出てきた質問なんだと思う
山神さんの順を追って思考を整理しようとする集中力の高さが見える
まさにここで混ざりそうな時間・速度の話を整えるものだった

次に距離が違うという話で、もう図が完成する前に

山神さん「え？じゃあ時間が変わってるってこと？」

ここに理解が辿り着くのが光速すぎて視聴者が置いて行かれるという
コメントも理解するにつれ、ざわつきだす

コメント「理解はできるが納得が出来ん」

ほんとそれ

ikuyoanママ「​婚活パーティー男の方が金額が高いみたいなもん？」

ママ草

この辺の数式で自分が初見のときは頭疲れてきて適当に流し見してたが
山神さんの集中続いてるのがすごい、えらい！！！！！！！！！！！！

三平方の定理で式を解く
それなりにシンプルな式で式変形を繰り返すだけだが
英字と数字だらけでこれは数学慣れしてない人にはなかなかしんどい
ヨビノリさんも「文字の扱い難しい」とコメント

v=0.8と仮定するところで

山神さんの質問「なんで小数点じゃないといけないんですか？」

cが光速なので、という説明ですぐに

山神さん「あ、わかりました光速が1ってことですね」

この回答かしこい
山神さんの脊髄トークは脳死じゃなくて頭の回転が早すぎて説のやつ
個人的には山神さんの異様な思考の持久力の高さも感じる
一つのことを理解するために考え込む、それを続けていられる力
CPUも速いがメモリ容量が大きいのか、思考を重くせず最適に軽く処理できるのか
どちらにせよ頭の使い方が何か違うのかもというのを感じさせる

ここで改めて「事実が直感的な感覚と違う！」のテーマを提示

コメント「考えるな感じろ、いや「感じるな考えろ！」」

ウラシマ効果の話になって

山神さん「浦島太郎ってすごいですね、相対性理論みたいな感じのお話」

グウェルさん笑いのツボに

グウェルさん「めちゃくちゃ速いスピードで亀が泳いでたってことです」

光速移動する亀誕生、こういう解釈がおもろい
コメント「ウサギが負けるのも納得だわ」←これもすき


続いて空間の収縮の計算、もう頭がパンクしてる人が多い

コメント
「山神まだ頭回ってるのすごいな」
「ヤマどいうことだ俺に説明してくれ」
「山神カルタが俺より賢い・・・」
ikuyoanママ「​世界ってゆがみんじゃん」

コメントでママそれは違うみたいなツッコミしてる人毎度いるのも草

またここの山神さんが気づいたときの反応も良い、その後の山神さんの感想

山神さん「めっちゃおもろい！」
山神さん「そういう風に世界できてるんだなって感じ」

トキンちゃんがもう学者の帽子に見えてくるんよ

山神さんの思考の深さについては千羽師匠との麻雀コラボ配信でも見れる
モアイさんの記事おすすめなので参照のこと

そしてこのわけわからん話を、どう質問が飛んでくるかも分からない中で
趣旨を定めて説明しきったグウェルさん
自分の言葉で解釈できるくらいよく勉強していると思わされた

後日談

なお後日のARKでは、なんだかふわふわしたムードのグウェルさんで
頭の中がまだ相対性理論でぐるぐるしているのか
事あるごとに相対性理論デッキを擦っていて​
サンタ存在不変の原理とかよくわからんことを言っていた

レヴィさんもわりと学問的なことが好きなのかたまに共感してたり
ACDCNo.3のガクくんも山神さんの脊髄一緒に見てた共犯だったりで……
アンジュNo1で新入りグウェルの構図なのに分が悪くて
アンジュさんが常識人ポジになってたのが面白かった
（ちなみに休止している間にACDCに吸収されてたのでこのメンツになってた）

山神さん側でも​【限界織姫星】大好きな先輩の前で限界化せずに話しきれ！！！
こちらの企画で、最近相対性理論かじってます言ってて面白かった

中学数学からはじめる相対性理論を見てのメモ書き

こちらの感想は、どちらかといえば自分でも理解しようと思って取ったメモ中心

今回は特殊相対性理論を扱う
一般まで学ぶには「青春を捨てる勢いだったらOKです」

相対性理論を学ぶメリット
→直感に反することを理屈で受け入れる訓練
　物事を相対的に捉えられるようになる

物理や数学をステップアップしていくとそういう場面に出会うという

直感に反すること
1.動くものの時間は遅れる
2.動くものの長さは縮む
3.「エネルギー」＝「質量」

使う知識
1.速さ＝距離÷時間
2.三平方の定理（ピタゴラスの定理）

「2つの原理」を認める
【光速度不変の原理】
どの慣性系から見ても光の速さは変わらない

「慣性系」とは
静止or等速直線運動をしているもの

須貝さん「開幕から直感に反してます」
砂川くん「光の速度で光を観測したらどうなる？」

いい質問者の発想と対話があって授業が面白くなる

光の速さは1秒間に地球7周半、約30万km/秒
電車に乗って、同じ速さの別の電車を観測したら、止まって見えるが
光の速度で光を観測しても、光の速さは30万km/秒に見える、という
これは様々な実験によって事実だといわれている
（まずこれを受け入れて考えることとする）
補足、光が特殊というよりは光の速度がこの世の速度の上限である事実が大事

どうやって計測してるのか気になるわぁ……と
簡単に調べたら光自体は鏡の反射（光が行って帰ってくる）を利用して
その途中に回転する歯車をおいておいて、歯車を高速で回転させると
光が行くときは通るけど帰ってくるときに通らなくなる状況が生まれる
そのときの歯車の回転数で速度を求めるとかやってたらしい、よう考えるわ
最近はもっと高度なやり方になってるらしい

参考→光の速さはどうやってはかったのですか？
https://www.kodomonokagaku.com/read/hatena/5114/

結局のところこの辺の仕組みも理解してないとこの前提の意味がわからんなあ
～と、ここで疑問を持つ人はやはり多いようで質問ラッシュ～

【特殊相対性原理】
どの慣性系から見ても物理法則は同じ

相対性原理とは
電車の中でボールを真上に投げたら？→真下にすとんと落ちる
等速で動いているものに乗っているとき何の力も感じない（静止状態と同じ）
「止まっている」「動いている」は相対的でしかないこと
特殊相対性原理の特殊は光も含む
【光速度不変の原理】【特殊相対性原理】を認めると相対性理論が始まる

ふくらP「この二つの原理が仮に正しいとしたらなのか
　　　　　100年後の科学でも絶対正しいのか、どっちか？」
→今の精度であれば正しい、違うよねという実験がでてきていない
「いま測定できる制度の中では正しいので、認めざるを得ないよねと考える」

1.速さ＝距離÷時間
距離と時間が絶対的に決まっていて、それらが決まることで速さが決まる
「速さとは距離や時間によって二次的に決まるもの」
「光の速さ」を固定すると、距離（＝空間）と時間を変えざるを得なくなる

「同時」ですら相対的である⇒同時の相対性

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だれかにとっての同時は
だれかにとっての同時じゃないかもしれない

時空図
光は45°で進む

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ふくらP「縦軸を時間にしてるのは意味があるのか？」

ふくらPの着眼点おもろー

メインパート「時間の遅れ」
三平方の定理で解く、計算はこっちのが見やすいかも59:00～あたり
計算結果よりTb＜Ta
例）v=0.8cのとき、Aの1時間はBの0.6時間（＝36分）

文章化してみる
観測者Aが動いている車上の光を見る時、光が天井に辿り着くまでの時間Taは
車内のBが観測する、光が天井に辿り着くまでの時間Tbよりも長い
つまり時間の遅れを意味する……という感じに書き出してみたけど

ふくらPが「Aから見たら1時間、Bから見たら36分と思う？」1:05:45～
の質問に対してそれは違うと言われ、その回答

「Aにとって1時間が進んだ時、Bの時計を見ると36分しか経っていない」
「Bにとって1時間が進んだ時、Aの時計を見ると1時間より大きくなる」
（Bにとって～の部分はAに対応させて解釈）
「外の時間よりも中の時間の方がゆっくりと進んでいるように見える」

文章化したときこれで合ってるのか？と
ふくらPと似た疑問を思ったとこで、この否定されてちょっと混乱したが
この回答は「Aの観測におけるB」と「Bの観測」の違いを示す意図？
定義の該当範囲と定義外の区分けみたいなのが理解するの難しい
このへんかなり混雑してて⊂( ・∀・)ﾜｹ ( ・∀・)つﾜｶ ⊂( ・∀・)つﾗﾝ♪

ただし日常のスケールでは感じることがない

田村さんがめっちゃいい質問

田村さん「時間の遅れとは、何が何に対して遅れているか？」
→「Aから見てBの時計を同時に測るとBの時計が遅れている」が一番正確

ここまでの相対性理論に対する感想
「はえ～光ってすげえや！」くらいに聞いてれば良かったけど
何か理解しようとすればするほど時空歪んでて気持ち悪くていらいらした
直感とは言わずも考えて理解しきれるものの方がやっぱりすっきりするなあと
入り口かじった程度じゃ何もわからなかった感じの方が強い……
現実的と信じているものが否定されるのは不安にさせられた

メインその２「空間の縮み」

ミューオンの話
　ミューオン側から距離が縮む
　地上からはミューオンの寿命が長くなる

疲れたので書き起こしも縮小
表面的に言ってることはわかるけど、どういうことなの？って聞かれたら
どうなんだろうねって曖昧な答えになるだろうなあ程度の理解度で聞いてった

メインその３「質量とエネルギーの等価性」
　核分裂の話

E = mc^2
光速の2乗をかけると質量はエネルギーと等しくなる
1gが無に帰したら莫大なエネルギーになる

なにそれこわい

ふくらP「三つ目の話が全然関係ないなと思った」

この感想出てくるのが率直でいいなあ
話が結構飛んでるのでどういう繋がりがあるのか掘り下げられる

→「原理の方には主に時間と空間の話しか入っていないのに
質量とエネルギーという全く関係なさそうなものが出てくるのが意外」

・もともとエネルギーに関する話は太陽などにヒントがあったという
・GPSで相対性理論が実際に使われているらしい

質量＝エネルギーの話は漫画っぽくてロマンもあるけどおそろしいわ
そのうちやばいもの作り出して地球滅びちまうんだろなぁという感じがした

……ということで、まさにノート（授業の）って感じの内容になった
グウェルさんが影響された元の言葉とかも少なからず読み取れた
まとめるの難しくてところどころ飛ぶ感じになっちゃったけど
感想混じりのメモということで

これに関して2時間の授業内容を16分40秒でまとめたゆっくり解説あったので紹介
こちらも参考元はヨビノリさん著の書籍だそうです

【ゆっくり解説】光速に近づくと時間が遅れる？－相対性理論とは何か

最後にツイート紹介


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