相対性理論　第2章

①ニュートンとアインシュタイン

まずは、一つ目の提唱理論である「特殊相対性理論」について説明します。この理解には1600年代のニュートンまで遡ることが必要です。

英の物理学者アイザック・ニュートンは「絶対時間・絶対空間」という理論を唱えました。これは、「何物にも影響されず、あらゆる場所で一定の速さで時間は流れ、空間は存在する」というものです。

簡潔に言えば、1秒は全員にとって同じ長さ、1mは全員にとって同じ長さ)ということですね。

第一章で話した通り、アインシュタインによる特殊相対性理論というのはこれとは相反する理論です。

特殊相対性理論では、時間・空間は人の状況によって変わる相対的なもので、誰にとっても同じものは「光の速さ」だということです。

②時間の伸縮、空間の歪み

特殊相対性理論によると、観測地点にAさん、高速で移動するBさんがいた時に、Aさんから見たBさんの時計の進み方は遅くなり、その長さは進行方向に対して短くなるということになります。これは人が日頃の生活の中で気づけるような大きなものではなく、かなり微小なものです。

逆にBさんから見てみましょう。相対速度というものがあるように、当然Bさんから見て運動しているのはAさんです。自分の空間や時間が歪んでいるという感覚なんてあるはずもありません。そうです、Aさんの時計の進み方が遅く見え、空間長さも歪んで見えます。

お互い様の関係になるということですね。

③物体の質量

止まった物体にどれだけのエネルギーを与えて加速させても、それが光速に達することがありません。(計算は省きますが、特殊相対性理論によって計算されます)

それではエネルギーを与え続けるとどこに消えるのでしょうか?この答えは質量です。

速さが光に近づけば近づくほど質量が増え加速できなくなるということになります。最終的に質量は∞に発散します。

④質量とエネルギー

③で物体にエネルギーを加えると質量が増えるという話がありました。つまりこれらを結びつける関係があるということです。ここで例の式の登場です。「E=mC^2」です。

エネルギーと質量の2つはこれまで完全に別個のものとして扱われてきましたが、この数式によって遂に結びつくことができたのです。このエネルギーから質量への転換により宇宙に物質というのが誕生し、宇宙が始まったと考えられています。