【初心者向け】時間の進み方、空間の大きさが変わる？特殊相対性理論について解説【物理学】

2023年6月24日2024年11月1日

こんにちは！相対性理論を知っていますか？

相対性理論は特殊相対性理論と一般相対性理論に分けられます。双方ともアルベルト・アインシュタインによって発表されました。

今回は比較的わかりやすい、特殊相対性理論について解説していきます。

※私は物理学者ではないので、間違った説明があるかもしれません。ありましたら連絡お願いします。

特殊相対性理論とは？

特殊相対性理論とは、重力の影響を考えない特殊な環境下において、「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性なものである」とする物理理論です。

特殊相対性理論について理解するためには、「光速度不変の原理」を理解する必要があります。

光速度不変の原理とは？

真空中に光は1秒間に約30万kmの速さで進むと言われています。これは太陽から地球まで約8分19秒で進む速さです。

すっごく速いんだね！

もしも秒速15万kmの速さで進むことができる車があるとします。

車の中と外にボールの速さを計測する機械があるとして、車の外から、秒速15万kmで進む車の進行方向へボールを秒速1万kmの力で射出したとします。(抵抗は考えないものとする)

この場合はボールを車の中にある機械が計測すると、マイナス方向へ秒速14万kmの速さで進んでいると計測されます。

車の外からボールの速さを計測すると、秒速1万kmの速さで進んでいると計測されます。

ここまでは普通ですよね。では光だとどうなるでしょう。

車の中と外に光の速さを計測する機械があるとして、車の外から、秒速15万kmで進む車の進行方向へ光を秒速30万kmで射出したとします。

この場合、光の速さを車の中にある機械が計測すると、秒速30万kmの速さで飛んでいると計測されます。

車の外から光の速さを計測しても、秒速30万kmの速さで飛んでいると計測されます。

どこで計測しても光の速さは秒速約30万km！？

これを光速度不変の原理と言います。不思議ですね！

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時空や時間の進み方が変わる？

先ほどと同様に、車の中と外に観測者がいて、車の外から、秒速15万km進む車の進行方向へ光を秒速30万kmで射出し、1秒経ちました。

光の速度は不変で秒速30万kmなので、車に乗っている人にとって、車と光との距離は30万kmです。

車の外にいる人からは、車は15万km、光は30万km進むので、車と光との距離は15万kmです。

車と光の距離が、観測者によって違う！

これはつまり、時間の進み方や空間の大きさが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ということを表しています。

高速で移動するほど、止まっているものより時間の進みが遅くなることを、ウラシマ効果と言います。

高速で動いている人は、動いていない人と比べて年を取りにくいそうです。

旅行をたくさんしている人が若々しいのはウラシマ効果が理由かも！？

まとめ

今回は、特殊相対性理論について解説しました。私自身あまり理解できていないため、うまく説明できているかは微妙ですが、頑張って説明してみました！

もっとこういう表現にした方がいいよ、等ありましたら真白たおこのTwitterまでお願いします🥺

Tweets by _tadanokame

でも、観測者によって時間や空間が変わるという特殊相対性理論や、光の速さは誰が観測しても同じ速さになる光速度不変の原理というのは、なんだか不思議ですね！

記事を読んでいただき、ありがとうございました。