「相対性理論」これぐらい知っておけば何とか説明できる?

小学生の娘が「パパ、相対性理論って何?」って聞いてきました。

無邪気な子供のこんな何気ない質問に、世の大人たちは絶句します、もちろん私も絶句します。

ネットでもよくこの手の投稿があるところを見ると、全国の小学校の先生方は、さらっとこの手の問題を出して「あとはお父さんに聞いてきてね」って無茶振りし、困らせるのが流行っているのではないでしょうか?

「アインシュタインでしょ?アインシュタインの・・あれじゃない、あれ・・・。」

アインシュタインってこと以外、何一つ答えられない。パパの威厳は何処へやら。

「ちょっと時間をくれ!」と娘に頭を下げ、速攻でインターネットで検索する。

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いろいろなサイトを見て調べてみたけども、「相対性理論」はいまいちピンと来ない、というか難しくて理解できない。

これはまずいと近くの本屋さんへ駆け込み、「相対性理論」の本を片っ端から調べてみましたが、「相対性理論」ってアレだよねって一言で言えるものなんてありません。なぜこうなるのか?と深く知ろうという行為は凡人には危険です、頭が熱くなるので、娘の質問になんとか答えられる程度で勉強してみました。

時代背景について

相対性理論を学ぶ前にまずは、相対性理論が発表される以前の、物理学の流れを振り返っておきます。

というのも、相対性理論は、もちろんアインシュタインが考えた理論ですが、天才アインシュタイン一人でこれだけの偉大な理論が考えられたという訳ではなくって、そこにたどり着くまでには、様々な物理学の先人たちが行ってきた研究、議論の積み重ねが大きく影響しているようなのです。

相対性理論を語る上で忘れてはならないのが、イタリアの物理学者ガリレオ・ガリレイ。彼が活躍した時期は、天動説が当たり前の世の中でありましたが、彼は地動説を支持したことでも有名ですね。

で、彼は相対性理論の基本となっている「もの」の見方、捉え方「相対」という概念を物理学の世界に初めて持ち込みました。

船が止まっていようが、動いていようが、マストの上から落とした石は真下に落ちるように見えるということから、物の運動には、人が動いていようが、止まっていようが何も影響も受けないという「相対性原理」、これ大事。

簡単にいうと、地上に立っている人と、等速で運行中の電車の中にいる人は、同じ状態だということで、一定速度で走っている電車の中では、動いていないときと同じように、普段通りに過ごせるということです。

次に語っておかないとならない人物、ニュートンです。リンゴはなぜ落ちたのか?と当たり前のことを当たり前に疑問に思った人です。彼は「万有引力の法則」によって、重力の多くを解明した偉大な人でもあります。

そんな今でも超有名な学者たちが活躍した時代に、たくさんの学者達が様々な実験を通して、光自体の存在を解明しようとしていたのですが、そこに満を持して登場したのがアインシュタインです。

常識を疑え

当時の物理学の世界では、光は波動と考えられていたのですが、アインシュタインは光の正体は、光量子(光子)という小さな物質であり、このように考えると今までたくさんの物理学者たちを悩ませてきた問題のいろいろなことの辻褄が合う、と示しました。

さらにアインシュタインは、光速度がどんな場合でも一定であるという光速度のナゾを解くには、「光速度が常に一定であるということを突き詰めていくと、どうしても従来の時間・空間の概念を一度覆さないとならない、今までのその概念を捨てて、方向転換した後に見えてくるものこそが時間と空間の真の正体だ」と主張しました。

今まで時間や空間に対する認識(絶対)を一度捨て去り、全く違ったものとして改めて捉え直すべきだと革命的な提案を投げかけました。

速度とは、物体がある時間内にどれだけ空間を移動したかの距離で決定されます。時速100km/hは、1時間に100km進むスピードのことですね。光の速度を考える前に、その速さを測定する要素となる時間と空間に注目する必要があると考え、そしてこの空間と時間についてのナゾを解明した論文こそが、やっと出ました「相対性理論」なんです。

相対性理論について

ここからは余計な説明はできません。結論から言うと・・

特殊相対性理論

・光の速度よりも速く動けるものはない

・光の速度に近い速さで動いているものは縮んで見える

・光の速度に近い速さで動いているものは時間は遅れる

一般相対性理論

・重いものの周りでは時間は遅くなる

・重いものの周りでは時間がゆがむ

・重さとエネルギーは同じ

それまでの常識を疑い、光速度自体は常に一定という前提をもとに、光自体を様々な事象のスケールとして絶対の存在として捉え、実験を通して時間・空間は絶対ではないということがわかったのです。

なぜこうなるのか?と深く知ろうと思ってはいけません。何度も言いますが、頭が変になりそうなので。

で、私が物色した本の中で、一番分かり易そうで理解できそうなのがこの本。

100分de名著 アインシュタイン「相対性理論」



内容

二十世紀の物理学の二大革命として、量子論と並び称される「相対性理論」。「動いているものは、長さが縮む」「動いているものは、重くなる」「動いているものは、止まっているものよりも時間の進み方が遅くなる」など、それまでの時間と空間の概念を根底から覆した本理論を、アインシュタインが得意とした“思考実験”を軸に、高度な数式を使わずして紹介する。

大変わかりやすい本の内容になっておりますので、もっときちんと知りたい方はこの本を読んでみるといいと思います。

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