「相対性理論」にある「浦島効果」の簡単な理解で広がる価値観の世界

海と砂時計 ドラクエ村
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 みなさん、いかがお過ごしでしょうか

こんにちは! サヘランです

みなさん、最近の時間の流れ方は、早いですかゆっくりですか、

たとえば、辛い時間は長く感じ、楽しい時間は早く過ぎるような気がしますよね

個人々によって、時間の感じ方はそれぞれなのですが…
世界標準時なんてものがあるように、本当は時間のすすむ早さは地上のどこでも変わりありません!

ところが、高速で移動している物の時間はゆっくりと進むことが「相対性理論」で明らかにされています。この「時間の遅れ」にスポットを当て

茂木健一郎著『あなたにもわかる相対性理論』(PHP研究所)の内容から記事にしてみました。

それではみなさん、しばしのお付き合いのほど

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超高速ロケットで1年ほど宇宙旅行をすれば、地球では100年ほど時間が過ぎている!

 われらがアインシュタインの「相対性理論」に興味を持たれる方の多くは

きっかけになる言葉として「浦島効果」「タイムマシン」から始まります。

浦島太郎の物語のように、超高速ロケットで1年ほど宇宙旅行をすれば、地球では100年ほど時間が過ぎている!、帰ってきたらけっして「玉手箱」を開けちゃいけません(笑)

そして、このイベント自体が「100年先」へ行く「タイムマシン」として機能しているといえますよね!

宇宙船オブジェ
高速ロケット・イメージ

えっと、冷凍人間になれば100年でも千年先でもいけるって? いいや、それは冷凍からの蘇生技術がその未来に出来ていればの話でして、意識も元通りに再生されるか疑問ですよね(笑)

先ほどの、超高速ロケットで宇宙旅行するよりも、こちらはかなりハードル高そうです。

そこで、高速移動するとなぜに、時間の遅れが起きるのか、わかりやすい茂木先生の著書を元に見てみましょう。

「光速度不変の原理」がキーポイント!あなたにもわかる相対性理論

 アインシュタインの時代にも鉄道列車は、高速移動の例えに説明としてよく利用されました。

茂木健一郎著『あなたにもわかる相対性理論』(PHP研究所)でも、電車やクルマが説明に使われています。

高速で移動している物の時間はゆっくりと進むのですが、これが「時間の遅れ」の現象です。

そもそもなぜこんなことが起こるのでしょうか?

それを理解するためには、まず「光はどんな運動をしている人から見ても同じ速度で進む」ということを知っておく必要があり、これを「光速度不変の原理」といいます。

身近にある物体の運動を考えてみよう。時速100㎞で走る電車から見た場合、同じ方向に走る時速80㎞のクルマは、時速20㎞で後退して走っているように見えます。

電車が駅にさしかかる前に時速が50㎞になれば、クルマは同じ方向に時速30㎞で遠ざかっていきます。

電車とクルマ
並走する電車とクルマ・イメージ

ところが、光にはこれがあてはまらないのです。電車の時速が100㎞だろうと、50㎞だろうと、音速の10倍だろうと、光は必ず電車の脇を秒速30万㎞で進んでいくという事実があります!

この「光速度不変の原理」は観測によってはっきりと確かめられています

「光速度不変の原理」の光時計で「時間の遅れ」が目に見える!

 砂時計の起源は古く、古代エジプト、古代ギリシャ、ローマあるいは中国のようです。

透明な中空の管に入れた砂の落下で経過時間を計り、11世紀頃には、航海用の時計として使われていたようです。

この「砂時計」と同じようにいま、光の往復によって時間をはかる「光時計」を考えてみましょう。

砂時計のような箱の底面から真上に発射された光が、箱の天面で反射され、また底面に戻ってくるという仕組みで時間の経過を計ります。

光は1秒間に約30万㎞進むので、この箱の高さを15万㎞(とてつもない!)にすれば、光が一往復した瞬間に「1秒」が経ったことになります。

この光時計で、地上に立っているAさんと、超高速で走る電車に乗ったBさんがそれぞれ「1秒」を計ったらどうなるでしょうか。

光速列車
超高速の電車内の時間

電車が停止している時、二人の光時計の動きはまったく同じになり、どちらも光は底面から真上に進み、反射されて真下に帰って来ます。

では、電車が走っていると(⇒等速度の場合)どうなるでしょう。電車のBさんから見ると、光の動きは止まっている時と何ら変わらない動き方です(図1)。

しかしながら、地上に立っているAさんから見ると、Bさんの光時計は電車と共に動いているため、光が底面から斜め上に進み、反射されて斜め下に帰ってくる経路をたどります(図2)。

つまりは、光の移動する距離が長くなるのです。

ここで、「光速度不変の原理」を思い出しましょう。光の速度が変わらないとすると、進む距離が長くなれば、それだけ時間がかかることになります。

Aさんから見ると、自分の光時計の光が一往復した時、Bさんの光時計はまだ底面に到着していない。つまりAさんから見ると、電車の中の「1秒」は、地上の「1秒」よりも長いことになります!

このようなことが、つもりに積もって電内でBさんが1年過ごせば、Aさんの居る地上で数10年進んでいるということが起こってきます( ゚Д゚)

アインシュタインの「相対性理論」の予言の通り、人工衛星の中の原子時計の遅れや、宇宙から高速に降り注ぐ宇宙線の寿命の延びなど、高速で移動している物の時間はゆっくりと進ことが確認されています。

「砂時計⇒光時計」の考え方で「時間経過⇒光速の進み方」が分かり易い

 いかがでしたでしょうか

アインシュタイン以前のニュートンの古典物理学の時代では、世界標準時のように宇宙のどこでも時間の進み方は同じ「絶対時間」でした。

大きな転換として「相対性理論」でアインシュタインが明らかにしたのは、個々の運動の仕方などで、個々に「時間の進み方」が異なる「相対的な時間」へと時間の常識が進んだのですね!

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分かり易く説いた解説が多数出ていますが、今回は茂木先生の著書よりの抜粋で視覚的にお分かり頂けたと思います。

サヘランにも、タイムマシン的な時間の伸びが目で見える、「砂時計⇒光時計」の考え方「時間経過⇒光速の進み方」は大変理解しやすかったです!

それではみなさん、最後までご覧いただきありがとうございます

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