相対性理論　第1章

このページを開くあなたはきっと、相対性理論というものを聞いたことがあるでしょう。しかしそれが一体どういう理論なのかよくわからないなんてことはないですか?ここでは理論の背景、原理から全てわかりやすく説明していこうと思います。

①はじまり

相対性理論というのは、かの天才物理学者アルバート・アインシュタインが提唱した理論です。はじまりは、少年時に彼が抱いた疑問でした。

「光によって鏡に自分が映るのであれば、光の速さで自分が飛んだら鏡には映らないのだろうか」

②理論の概要は?

かなり難しい話なので、先に理論の内容を把握してもらった方が良いかと思います。相対性理論というのは、2種類あり、1905年に発表された「特殊相対性理論」その約10年後に発表された「一般相対性理論」です。それぞれの内容を説明します。

<特殊相対性理論>

「時間と空間の長さ、広さはその観測人の状況によって共に変化する相対的なものだ。」という理論です。よくわからない、、ですよね?それもそのはず、これは重力がない環境+観測者が加速度運動をしない環境　という前提の下で成立するものです。生まれて以降、無重力環境にいないですよね?ピンと来なくて当然なのです。詳細な理解は後から追いかけましょう。

<一般相対性理論>

「重力の存在は、時空が歪んでいることに起因する。」という理論です。また、その歪みの程度は物体が持つ質量に依存します。つまりとてつもなく大きい地球という物体は時空をゆがめており、その歪みに引き寄せられるために重力というものが存在するということになります。(万有引力を知ってる方もいるのでは?)

③光の速さと正体

第1章の最後では、光の速さについて説明しましょう。光の速さの測定は16世紀ごろから始まりました。ガリレオ・ガリレイや、レーマーなどによる研究が行われましたが測定には至らず、精度よく測定が成功したのは19世紀のことになります。仏のアルマン・フィゾーが回転する歯車を使って光の速さを求めることに成功しました。高校物理でこのあたりの計算を行った人も多いのではないでしょうか。

一方、英のマクスウェルは電流と磁気について調べていました。電流が流れるとその周囲に磁場が発生し、磁場が発生するとその周囲に電流が流れるというものです。彼はこれを「電磁波」と名付けました。

その後、このマクスウェルが理論的に電磁波の速さを計算したところ、なんとこの結果はフィゾーの測定結果と等しいものとなりました。この結果から、マクスウェルは光の正体が電磁波であるということも明らかにしました。