相対性理論

質問

アインシュタインが発表した
相対性理論とは、どのようなもの
なのでしょうか。
できれば一般相対性理論と特殊相対性理論
の違いも教えていただけたらうれしいです。
お願いします。

回答No.4

ryo0316xp

まず、相対性理論を一言でどういうものかというと「空間と時間は相対的である」ということです。
相対というのは絶対の反対で他との関係において成り立つさまですね。まあ調べてください。
それまでの物理学というのは空間と時間は絶対的である。つまり、空間と時間は全く同じ、どこにいても時間と空間は同じであるです。
ですが相対性理論は時間と空間は絶対ではないという理論ですね。
例としてブラックホールがあるとする。ブラックホールは光さえも逃げれないなんでも吸い込むものですよね。
そのブラックホールに吸い込まれるのが太郎君。それを見るのが花子さんとします。
太郎君は一秒間隔に光を放出するとします。
太郎君はどんどんすごい速さでブラックホールに吸い込まれています。花子さんも一秒間隔に光を見ています。
すると、太郎君がブラックホールに近づけば近づくほど花子さんは光がみえる間隔が長くなってくるのです。
そして、太郎君がブラkっくホールの入口に来た瞬間、花子さんは光が見えなくなります。つまり、太郎君の一秒は花子さんにとって無限大の時間になってしまったのです。
でも太郎君はすごい勢いで吸い込まれているのです。
矛盾してると思いますが、矛盾していないんです。つまりブラックホールは時間の足までも引っ張るということなのです。
だから花子さんは光が見えなくなります。
これと一緒で重力というものは時間や空間までもを歪ませる、つまり時間と空間は絶対ではないということなのです。
あと、もう一つあります。
それは、光速度不変の定理といって、
たとえば、時速５０キロメートルの速度で走っている電車の中で、時速５０キロメートルの速度でボールを投げたとする。
なかにのっている人がそのボールを見たら時速５０キロメートルの速度で見えますが、外で止まって観察している人が、そのボールを見ると時速５０キロメートルの速度で走っている電車+時速５０キロメートルの速度のボールということで、時速１００キロメートルの速度で見えますよね。
じゃあこの場合はどうでしょうか？
光速度で進んでいるロケットの中で、レーザー（光速度）のビームを打ちます。
外で止まって観察している人がそのレーザー（光速度）のビームをみたら、光速度+光速度で見えるということになりますよね。
ところが！
光の速度を超えることができないということに矛盾してますよね。
↑の理由は宇宙船でどんどん速度を上げて光速度の速さになろうと思います。
ところが、ある一定の速度で速度が増えなくなり、その代わりに、重さ（質量）が増え光速度の速さになれないから。
なので外で止まって観察している人がそのレーザー（光速度）のビームをみたら、光速度+光速度じゃなく、光速度の速度で見えるということになりますよね。
・・・・
意味わかりましたか？ちょっと分かりにくいですがこういうもんです。
ご参考になればいいですが・・・。

回答No.3

g-space

時速50kmで走る車が併走している場合には、互いに相手が動かないように見えます。隣の車の運転手の横顔がずっと見えていたりします。逆にすれ違っている場合には、互いに相手が時速100kmでやってきて遠ざかるように見えます。こういうことは、日常的に感じていることですね。

　さて、仮に、誰でも光の速さで動けるとしましょう。ここで、世の中で一番速いのは光の速さであるということを前提としておきます。光と併走したら、光が止まって見えるでしょうか？　光の半分の速さで光を追いかけたら、その光は半分の速さで逃げていくでしょうか？　光と光の速さですれ違ったら、その光は光の２倍の速さで動くように見えるでしょうか？　日常経験からすればYesと言いたくなりますが、「光は光でしかないだろう」と思うと答えはいずれもNoになります。

　相対性理論は、このような思考を重ねて、次のことが自然界の大前提として成り立っていると考えて組み立てられました。
　　『光の速さは、どんな座標系で見ても（自分がどんな動きをしていても）一定（光速）である』

　自分が等速度運動をしている場合が「特殊相対性理論」、加速度運動をしている場合が「一般相対性理論」ですが、後者は、重力加速度と力学的な加速度との区別がつかないこと（重力質量と慣性質量とが一致すること）も前提にしています。

回答No.2

miniture_min

高速で対向車線の車を見ると、どう見ても80km/hを越えています。
これは、自分の車が反対方向へ走っているためです。(実際にOverしている時もありますがｗ)

このように、観測者(あなた)の状態がかわる事によって影響をうける事を相対的と言います。
アインシュタインは、時間にもコレが適応されるのではないかと考えました。

アインシュタインは光に非常に興味を持っていた人です。
光は約30万km/sで一定の速度で動きますが、それに追いつくほどの速度で走れば、
光はどのように見えるのかと考えた所に彼の素晴らしさがあります。

特殊相対性理論とは、そのような考えについて書かれた理論です。
この理論では、物体は光の速度に近づく程に時間の流れは遅くなると書かれています。
つまり、双子A,Bがいたとして、Aだけ光速の何%かの速度で宇宙を旅して帰ってくると、
BよりAの方が若くなってしまうのです。

これを実用的に使うために考えられたのが一般相対性理論です。
世の中の物体は一定の速度で動きません。
車の速度メータを80km/hから全く動かさずに家から目的地に移動する方法がないように、
全ての物質は加速や減速をしています。

特殊相対性理論の何が『特殊』かと言えば、このような加速や減速がない世界での考えだからです。
加速や減速があっても基本的な考え方は変わらないのですが、
計算が馬鹿みたいに難しくなります。
この辺りの計算はテンソルという考えなどを用いますが、
基本的には大学レベルの数学で学ぶ内容です。

* 一般相対性理論は非常に難しいですが、特殊相対性理論は中学生レベルでも頑張れば理解可能です。

回答No.1

debukuro

相対性理論：運動は観測するものとされるものの相対的なものである
特殊相対論：等速運動系同士の相対運動に関するもの
一般相対論：加速度系を含む相対運動に関するもの
詳しくは
アインシュタイン著　相対性理論　岩波文庫をどうぞ