スポンサーリンク
雑談

特殊相対性理論・時間はすべての人に平等ではない

雑談

「時間はすべての人に平等」なんてことを言ったりしますね。
本当にそうなのでしょうか。
その答えは特殊相対性理論が教えてくれます。
そこで、超簡単に特殊相対性理論を勉強してみましょう。

スポンサーリンク

時間はすべての人に平等ではない

にわかに信じがたいことですが、時間の進み方はすべての人(物)に対して同じではありません。
特殊相対性理論によると高速で移動する物ほど時間の進み方がゆっくりになります。

これが平等ではないと言った理由です。

なぜ、そのような事が起こるのか。
仕組みを勉強してみましょう。

特殊相対性理論と一般相対性理論(おまけ)

特殊相対性理論、一般相対性理論をいう言葉を聞いたことある人は多いでしょう。
余談になりますが、違いを知っておきましょう。

簡単に言うと、どちらもアインシュタインという学者が見つけた物理法則です。
特殊相対性理論と一般相対性理論の違いは、一般相対性理論の簡易版が特殊相対性理論だと思ってください。
もう少し言うと、一般相対性理論から重力の影響を無視したのが特殊相対性理論です。

”特殊”と付いている方が難しいイメージですが簡単です。
今回は簡単な方を勉強してみましょう。

世間の常識

特殊相対性理論に入る前に、世間の常識をおさらいしておきましょう。

小学校高学年の算数です。
新幹線に乗って時速300km/時で移動する人。
車に乗って時速100km/時で移動する人。
立ち止まってそれを見る人が居ます。

立ち止まった人から新幹線と車を見た場合はどうでしょうか。
1時間後には・・・
・新幹線は300km進んだように見えます。
・車は100km進んだように見えます。

では車に乗った人から新幹線を見ると、1時間後にはどうなっているでしょうか。
・200km進んだように見える

というのが正解ですね。

でも、
実は正しくありません。

そのからくりを説明していきましょう。

光の速度はすべての人に平等

大前提として、光速度不変の原理を知っておく必要があります。
光の速度は誰から見ても同じという原理があるのです。
信じられないかもしれませんが、実験で証明されています。

ひかりの速度は秒速約30万kmです。
1秒間に地球を7周半する速さですね。

この光の速度が誰から見ても秒速30万kmに見えるというのが光速度不変の原理です。
先ほどの例だと100km/時で進む車から見ても1秒後に光は30万km離れたところに居ます。
車だと光の速さと違いすぎるので、題材を変えてみます。
現実にはありませんが、秒速15万km進むロケットがあったとします。

立ち止まった人と光を比べたら、
1秒後には・・・
・30万km先に光がすすんでいることになります

ロケットと光を比べたら、
1秒後には・・・
・ロケットより30万km先に光がすすんでいます

あれ?
30万km-15万km=15万Km
では?
と思いますよね。
でも、実際に30万km進んでいるのです。
実験でも確認されており、これが光速度不変の原理なのです。

ちょっと理解ができないですよね。
でも、ここでは「そういうものだ」と割り切ってください。
事実なのでしょうがないのです。(私たちが正しくない教育を受けてきたので、すぐに理解するのは難しいのです。)

時間の進み方が違う?

動いている人から見ても、光の速度は同じスピードで動いているという話をしました。
ロケット、止まった人のそれぞれの立場で見ると、おかしなことが起きます。
おかしなことの辻褄を合わせると、時間の進み方が違うという結論になるのです。

1.止まった人から光とロケットを1秒後に見た場合
・光は30万Km先に進んでいます。
・ロケットは15万Km先に進んでいます。
・光はロケットより15万km先に進んでいます。

2.ロケットから光を1秒後に見た場合
・光はロケットより30万Km先に進んでいます(光速度不変の原理)

あれ?
1秒後の光の位置がおかしくないですか?
1の場合、光は30万km進んでいます。

2の場合、止まった人から見ると45万Km進んでいることになります。

ひかりの速度は1秒間に30万Kmです。

この、差を埋めるためには時間の進み方が違う必要があるのです

1の場合、
止まった人が1秒後に光を見た瞬間、
ロケットと光の差は15万kmなので0.5秒分の差しかないのです。
ロケットに乗った人の時計はまだ0.5秒しか進んでいないことになります。

2の場合、
ロケットに乗った人が1秒後に光を見た瞬間、
ロケットに対して光あh30万km進んでいるので止まった人からは45万km進んでいます。
止まった人にとっては、1.5秒分光がすすんだことになります。
ロケットに乗った人が1秒だと思った時間は、止まった人には1.5秒だったことになります。

ひかりの速度の考え方がおかしい?

これは、どうみても光の速度の考え方がおかしいでしょ。
って思いますよね。
しかし、光速度不変の原理として正しい事実なのです。

実際に、GPSなどの人工衛星は地上と時間の進み方が違うという事実があります。
GPSは時速1600km/時以上の高速で移動する人工衛星の位置から、地上の位置を特定します。
高速で移動する人工衛星なので、ほんの少しの時間差でも位置測定には大きくずれます。
そのため、この光速度不変の原理を考慮した時間補正がされています。
(本当は重力の影響も受けるため、もっと難しい一般相対性理論が必要ですけどね)

最後に

いかがでしょうか。
特殊相対性理論から時間の進み方は平等に進んでないという話をしてみました。
(他人から見たら時間の進み方が違うという意味ですけどね)
私たちの日常では光の速度とかけ離れたゆっくりした移動しかできませんので、気にすることはありません。
ほんの少しですが、飛行機で飛び回っている人や走っている人の時間は立ち止まった人から見るとほんの少しゆっくり進んでいます。
長生きできるかもしれないですね。

この理屈だと、光の速度で進めば時間がすすまないことになります。
未来への一方通行になりますが、タイムトラベルは可能ですね。

コメント

タイトルとURLをコピーしました