「相対性理論」名前は聞いたことがあるけど、説明しろと言われると難しい。ワタシも興味を持って調べてみたものの、なんとなくわかったような、わからないような…。
そこで今回は、相対性理論について改めて調べ、その内容をここにまとめることにしました！
「深い理解」は得られませんが、誰かに得意げに話すくらいなら出来ますので、ぜひ活用してください！
この記事の目次
目次
そもそも「相対性理論」ってなに？
相対性理論を一言で言うと、
「時間や空間は、観測する人の状態(場所)によって違うよね」 というもの。
これは単なる、「楽しい時間はあっという間に過ぎるけど、退屈な時間は長く感じるよね」という感覚の話ではなく、実際に時間の流れが人によって異なる ということ。
映画でイメージする“相対性理論”
たとえば、映画『猿の惑星』では、宇宙を探索して戻ってきたら、地球では数千年が経過していた…これも相対性理論による現象の一つ。
理論によれば、光の速さに近い速度で移動すると、時間は遅く進む ということです。”光の速度で移動していた、宇宙船の中の時間は数年でも、地球では数千年経っていた”これも相対性理論です。
実際に記者から『理論を簡単に説明してほしい』と言われてた際にも、
可愛い女の子と一緒に1時間過ごすと、それは数分に感じる。
でも熱いストーブの上に1分座っていると、それはまるで1時間に感じる。これが相対性だよ！
と答えています！
相対性理論が現代に活かされている例｜GPSと時間のズレ
この理論を現代で使用しているのがGPSです。相対性理論がなければ、日々、数キロ単位でGPSがずれてしまいます。
相対性理論を2つに分類して深ぼる！
“相対性理論”はアルベルト・アインシュタインが1900年初頭に発見した。
そして相対性理論には”特殊相対性理論”と”一般相対性理論”の二種類あります。
特殊相対性理論（1905年発表）
速く動くと時間や空間が変わる。
主に速度に関する理論
特殊相対性理論のわかりやすい例は先ほど紹介した、映画の”猿の惑星”で主人公達が、高速に近いスピードで宇宙を探索して、数年後に地球に帰還すると….地球では数千年の時が経っており、地球は猿に支配されていた。
これは『高速で移動すると時間が遅れる』＝特殊相対性理論の影響
一般相対性理論（1915年発表）
重力があると時間や空間が変わる。
特殊相対性理論に重力を含めた理論
一般相対性理論は重力が加わるとどうなるか？ということ。
例えば、もしあなたが 高層マンションの最上階 に住んでいたとしたら、1階に住んでいる人よりも時間がほんのわずか速く進んでいる。
その差は、1億年で1秒ほど！
普段は気づかないけれど、重力が強い場所では時間が遅れるという現象は、実際に観測されている。
そして、映画『インターステラー』では、もの凄い重力のあるブラックホールの近くにある惑星で1時間過ごすと、地球では23年が経過する というシーンがある。
これは『強力な重力で時間が遅れる』＝一般相対性理論の影響
なぜGPSがずれる？相対性理論がその理由！
それはGPSの衛生が重力の弱い宇宙を、ものすごい速いスピードで移動しているから。重力が弱いから時間が早く進み、速度が早いから時間が遅く進む。
結局…時間が早いのか…遅いのかわかりません。もし、GPSがこのズレを補正しなかったら、カーナビの目的地は毎日10km以上ズレてしまう！
目的地を「コンビニ」に設定したのに、山の中に連れて行かれる…なんてことが起こるかもしれない。なので相対性理論で、そのズレを計算し修正します！
つまり、GPSが正しく機能するのは、相対性理論のおかげ！
アルベルト・アインシュタインってどんな人？
1879年：幼少期〜青年期
ドイツで生まれたアインシュタインは、幼少期は発達が遅く、言葉を話し始めたのも4歳と遅めだった。数学は得意で、15歳には微分積分をマスター！
だが…ドイツの暗記重視の教育に馴染めなかった。大学受験に失敗するも翌年合格し、卒業後はスイスの特許庁に就職（普通のサラリーマン生活）。
しかし、そこでの退屈な日々が、彼に物理の研究を続ける時間を与えた。
1905年：「奇跡の年」とE=mc²の誕生
アインシュタインは特許庁で働きながら、一気に4本の論文を発表。その中には、「特殊相対性理論」と「E=mc²」が含まれ、これが後に世界を変える大発見となる。
エネルギーは”質量✖️光速”
つまり、小さいものでも、とんでもないエネルギーが隠れている！
1919年〜ノーベル賞とその後
一般相対性理論（1915年発表）は、重力が光を曲げるという予測をしていたが、日食観測で実証され、一躍世界的スターに！
1921年
ノーベル物理学賞を受賞。
しかし、受賞理由は相対性理論ではなく「光電効果の法則の発見」だった。当時、革新的だった相対性理論は一部に批判もあり、選考委員会によって受賞理由から外された。
1933年：亡命・晩年・そして最期の言葉
戦争中、原爆開発に関与するが、後に核兵器廃絶を訴え続けた。
1955年最期の言葉は謎のまま…76歳で死去。彼が最期に呟いた言葉はドイツ語だったが、アメリカの看護師が理解できず、記録に残らなかった。
「天才の最後の言葉が消えた」という謎を残し、彼はこの世を去った。
相対性理論は「ひいおじいちゃん」世代の話⁉
アインシュタインが相対性理論を発表したのが、約100年前…意外に最近の出来事ですよね。まさに”ひいおじいちゃん”くらいの時代です。
当時、車もまだ一般化していなくて、飛行機がやっと飛び始めた頃。そんな時代に、『光と同じ速度で移動したら、光を見たら光は止まって見えるのか？』
という疑問を持ち、研究し証明したアインシュタイン。まさに天才とは、こういうことだと感じました！
ワタシの素朴な疑問
時間なんて本当はないのでは？
①『そもそも時間なんてない。時間がずれたのではなく、時計がずれたのでは？』
これは、重力のかかりが違う場所で、それぞれ色々な仕組みの時計を使用して時間を計測した結果、時間の流れが違うことが証明された。
空間への影響が時間にも影響するのか？
②『重力や速度は、空間に影響を与えているだけで、時間にも影響を与えているのか？』
これも、空間と時間はセットになっていて、これを”時空”と呼ぶ。なので片方だけに影響を与えるのは不可能とされている。
というより空間と時間を別にできたら、タイムスリップができてしまう。そこはまだ現代でも解明できていない。
ブラックホールで動画を撮影したらどうなる？
あとはブラックホールの話も大変興味深かい！『重力は時間をズラす』たとえばブラックホールの近くで、動画を撮影し、その映像を地球で見ると”超スローモーション”になる。
だがブラックホールの近くでで見ると普通の映像になる。流石に実際には実験できていないみたいですが…理論上はこうなります！
さいごに｜学びは楽しい
今回、初めて物理学をこんなに学びましたが、たまには勉強も楽しいなと感じる良い時間になりました。
この記事のポイント！
- 相対性理論を一言で言うと、『時間や空間は、観測する人の状態(場所)によって違う』
- 映画『猿の惑星』を見ると、相対性理論がわかりやすく表現されている
- 『可愛い女の子と一緒に1時間過ごすと、それは数分に感じる。
でも熱いストーブの上に1分座っていると、それはまるで1時間に感じる。これが相対性だよ！』 - 相対性理論は”特殊相対性理論”と”一般相対性理論”の二種類ある
- 相対性理論を現代に使用しているのが”GPS”
- アインシュタインがノーベル賞を取ったのは1921年！意外と最近。
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