光の速度は常に一定である光にだけ当てはまる原理1秒間という時間の概念2つの相対性理論さて、いよいよ相対性理論の話です。相対性理論は「特殊」と「一般」の2種類があり、言葉のイメージとは逆に、「一般」の方がずっと難解です。これは「特殊」は、「特殊な条件下でのみ確立される理論」であり、「一般」は「一般的な状況でも普遍的な理論」であるため。ちなみに特殊な条件下とは「等速直線運動」であり、自然界にはあまり見られません。「理論」ということですね。どのようなものなのか。ひとつずつ見ていきましょう。光の速度は常に一定である思い浮かべてください。高速道路を時速120kmで走っているとき、追い越し車線を時速140kmのポルシェが抜かしていった。あなたからポルシェの速度は時速何kmに見えたか?そう、時速20kmですよね。同じ方向に進んでいるのですから、相手の速度から自分の速度を引くだけの簡単な計算です。反対に対向車線を時速120kmですれ違う車は、時速240kmに見えるわけです。お互いに時速120km同士で近づくわけですから。光にだけ当てはまる原理しかし「光」の場合はこれが違いました。自分がどちらに向かって、どれくらいの速度で移動していようと、光の速度は常に変わらなかったのです。これが常に変わることのない光の速度です。視点を変えて考えてみましょう。長さ60万kmの電車があるとしましょう。その中心で電球をつけると、先頭にも最後尾にも、光は1秒後に到達しますね。この電車が、秒速15万kmで走っているとしましょう。あなたは電車のなかに立ち、車両の中心から、電球をつけます。先頭車両は秒速15万kmで逃げていくわけですから、光が到達するのに1.5秒かかるはず。逆に最後尾は秒速15万kmで近づいてきますから、到達には0.5秒。それぞれの移動距離は45万kmと15万kmになります。かかわらず、この場合でも、先頭と最後尾に光は同時に到達するのです。従来の物理法則では説明のできない現象でした。アインシュタインは考えます。動く対象においても、光の到達速度が同じというのは、実験から見出した紛れもない事実である。その解釈を変えるしかない。「光が1秒間に30万km移動する」のではなく、「光が30万km移動する時間を1秒とする」のだ。1秒間という時間の概念たとえば高さ15万kmの部屋の天井に、鏡を取り付けます。地面で電球をつけると、光は0.5秒で天井に到達し、反射してもう0.5秒かけて戻ってくる。この部屋が高速で移動していたらどうでしょう?部屋のなかにいる人にとっては、光は真上の鏡に向かい、戻ってくるように見えるでしょう。部屋の外から観測している人から見ると、光は下図のように斜めの経路を進んで鏡に向かい、また戻ってくるまでも斜めの経路となります。移動する距離が長くなっているのです。これが何を意味するのか。部屋のなかから見れば光は往復30万km移動しましたから、つまり1秒が経過しました。外から見ると、1秒の時点では、まだ光は戻ってくる途中です。1.5秒経過してようやく下に光が戻ってきました。外で1.5秒経過する間に、なかでは1秒しか経過していないのです。このように時間の経過が、絶対的ではなく相対的であること。これが特殊相対性理論が示したひとつの事実です。長引いてしまいましたの(主に図版づくりに)、次回に続きます。attracted2222スターをつけました引用をストックしましたストック一覧を見る閉じる引用するにはまずログインしてくださいログイン閉じる引用をストックできませんでした。再度お試しください閉じる限定公開記事のため引用できません。