特殊相対性理論とE=mc^2

コンビニで衝動買いしました。

アインシュタインに関することで、私が知っているのは、
相対性理論とE=mc^2です。

知っているというのは、内容を理解しているという意味ではなく、
聞いたことがある、名称を知っている、という意味です。

全く内容を知らないというわけではないのですが、
ほんの少しの内容で、それすら確信はありませんでした。

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現時点での私の知識

相対性理論というのは、

光に近い速さで動くと時間の流れは遅くなる、というもの。

E=mc^2は、光の速度の自乗との積なので、
少しの質量でも莫大なエネルギーが得られるというもの。

それは原爆の理論。

この程度のものです。
しかし平均的な一般人なら、このくらいで普通だと思います。

確認、知識の補強のつもりで読みました。

相対性理論の内訳

相対性理論には、一般と特殊があります。
それは知っていましたが、内容は知りませんでした。

特殊の方は、限定的な条件においてのみ考えるというものです。

一般になると、見る対象や視点が加速していたり、
重力の影響による時間の流れ方、空間の歪み、光の進み方の進み方の変化など、
これらについても考えるものです。
とてもややこしい。

特殊相対性理論の内容を整理してみました
限定的な条件というのは、私なりにまとめてみると、

加速のない視点(観測者)から見て、
等速直線運動している対象がどう見えるか

いや、まだ分かりにくいか
視点も対象も同条件なので、

等速直線運動の条件下、で良いでしょう。

その条件下で対象がどう見えるのかを扱うのが、特殊相対性理論です。

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光速はつねに不変

これが発端となります。

見る視点によって、
同じ時間で光の進む距離が違うように見えることがあり、
これは矛盾する、

このことの辻褄を合わせるためには、
視点によって、時間の流れ方が異なると考える必要がある、

絶対なのは、光の速度であり、
時間の流れや速度は、相対的なものである。

相対性理論の命名は、これから来ています。

見る視点によって移動距離が違うという事象の補足
慣性の法則の説明で、見たことがあると思います。

動いている電車の中でボールを上に投げると、
電車は前に動いているのだから、
ボールが空中にある間、電車は進んで、
ボールが落ちる位置は、投げた位置から後ろになるのではないか、

この疑問に対して、慣性の法則で説明されます。
動いているものは動き続けるから、そうはならないということです。

同じ図を使って説明できるのですが、
電車の中でボールを投げた人間にとっては、
ボールは上下運動に見えます。

一方、電車の外から見ている人間にとっては、
ボールの動きは放物線状に見えます。
移動距離が長く見えるということです。

仮にボールの移動速度が光速だったとしたら、
視点によって移動距離が違うことになり矛盾します。

この辻褄を合わせるため、
実際そうなのですが、
電車に乗っている人間の時間は、
外から見ている人間の時間より遅く流れていると考えられます。

理論と実証

理論は実証、証明されなければ、仮説に過ぎません。

光の速度に関しては、観測により実証されています。

実証されていることをまとめてみます。

光速は一定

垂直方向からくる太陽光と、進行方向からくる太陽光の、
それぞれの速度の差を比較した実験があります。

進行方向からくる光は、地球の公転運動の分だけ、
相対的に速いと思われます。

しかし観測結果には、有意差が見られませんでした。

なぜそうなるのか、
辻褄を合わせるために、物体は進行方向に収縮する、
という説が生まれました。

空間も相対的なものだということです。

時間は遅れる

これまで何度も検証実験が行われています。
最新の実験としては、国際宇宙ステーションで行われています。

光速とは比較にならない遅さですが、高速で地球の周りを回っています。

考慮に入れる理論として、重力が弱まれば時間が速まる、というものがあります。

プラスマイナスして、理論と観測の数値が一致すれば、
理論は実証されたといえます。

8年間で約0.1秒、時間の流れが遅れているという結果が出ました。

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アインシュタインが原爆を作った?

プルトニウムやウランの原子核に中性子を照射すると、
連鎖的な分裂反応を起こし、エネルギーを放出します。

この現象に関わったのは別の学者です。
どれだけのエネルギーが生まれるか、
それをE=mc^2の方程式で計算できる、というだけの話です。

そもそもアインシュタインが発表した論文に、この方程式はありませんでした。

エネルギーLを放出する際、その物体の質量mはL÷光速vの自乗分減る、

物体の質量は、そのエネルギー量の大きさである、

彼はこう言いたかったのです。

式に表すなら、m=L/v^2

エネルギーLはE、光速vはcに書き直されましたが、意味は同じです。

この式をもって原爆が作られたというのは、誤解でしょう。

しかしアインシュタインは、時の大統領ルーズベルト宛に送った、
原爆の開発を促す内容の手紙にサインしています。

ナチス・ドイツに先を越されたら大変なことになる、という理由で。

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