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速度が速いものは時間が戻る？

2012/01/04 03:50

よく宇宙は地球より遅く時間が進むと言います（タブン）。学校で先生に聞いてみたところ、速度が速いものほど時間は遅く進むみたいに言われました。スペースシャトルの速度は速いから地球よりも時間が遅く進むと自分は考えています。しかし、例えばとても速い速度でボールを投げるとボールは速く進みますが、時間は遅く進むのでボールは遅くなるのではないでしょうか？そもそも理論自体もよく知らないのでほとんどしったかなのですが、教えてください。できれば速度が速いものほど時間が～～って言うことについて詳しく教えてください・・・。

noname#177863

物理学
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noname#175206

2012/01/04 18:23 回答No.3

　その話は特殊相対性理論ですね。　ことの発端は電磁気学です。電磁気学では、非常に重要な定数として光速度があちこちの式にでてきます。既に電磁気学は、いろいろな物を作るための、基本的で大事な知識として使われていました。　もし光速度が条件次第であれこれ変わるようだと、その電磁気学の知識で作った物も誤動作することになります。　でも、その当時は（まあ、大抵は今もですが）、光速度よりはるかに遅い速度しかありませんでした。地球が太陽を回る公転速度が毎秒30kmで、これが最高速度でした。　しかし、機械を精密に作ったり、物凄く速いロケットでは、問題が起きるかも知れないと、心配した人も多かったです。　また、純粋に学問として、何がどうなっているか知りたいという人も大勢いました。　そこで、有名なマイケルソン＆モーレーの実験が行われました。地球の公転速度で光速度の差があることを検証しようとしたのです。結果は、どうやっても光速度は変化しませんでした。　続々と、手を変え品を変え、光速度が変化する証拠を見つけようとする実験や観測が行われました。事実上、それら全てで、光速度が変化する証拠はありませんでした。つまり、どうやっても光速度が変わらないのです。　オランダのローレンツやイギリスのフィッツジェラルドという物理学者は、そうした実験や観測が、光の往復で光速度の変化を見つけようとしていることに着目して、物体の運動方向について、空間が物体ごと収縮するという仮説を立てました。光速度は変化するものだけど、それの往復で観測したら光速度は変わらないという考え方です。　アインシュタインは、どんな立場から観測しても光速度は変化しないという、光自体が奇妙な絶対性があるとしました。同じ時期に、フランスのポアンカレという数学者が同様の説を発表していますが、ポアンカレのほうはあまり有名にはならなかったようです。　この二つの考え方は、どちらも、それまでの実験や観測をうまく説明できます。しかし結局、片道でも光速度は変化しないということが分かり、アインシュタインの理論、つまり特殊相対性理論が正しいとされるようになりました。　すると、たとえば次のような状況が生じます。　Ａさんが、鏡に向かって垂直に往復するよう光を発したとします。↑↓の感じですね。これが1秒だとしましょう。光速度は毎秒30万kmですから、鏡との距離は15万kmと途方もないですが、まあ思考実験ですから、そういうものを考えてもいいでしょう。　ＢさんはＡさんに対して物凄く速く移動しているとします。でも、Ｂさんの立場で言えば、移動しているのはＡさんと鏡です。上のＡさんが光を往復させた状況は、Ｂさんにすれば、光は斜めに往復して、／＼のような経路になります。この光もＢさんから見て秒速30万kmです。　普通に考えれば、垂直という最短距離での往復距離より、斜めに往復するほうが距離が長くなります。　光が速くなったとすることはできません。どんなに実験や観測をしてもそういうことはなかったのですから。　であれば、Ｂさんから見て、１）Ａさんと鏡との距離が近くなっている。２）Ａさんの時計が遅く進む、つまり時間が遅く進んでいる。の二つが考えられます。１）は、既に進行方向に縮むという説同様ありそうに思えましたが、今までの実験や観測で否定されました。そもそも、特殊相対性理論はもちろん、ローレンツやフィッツジェラルドの空間収縮仮説とも合わないものでした。２）は、逆に実験や観測と合いました。　こうして、「速く動くものの時間は遅れる」ということが確かだということになりました。　なお、ローレンツやフィッツジェラルドの名誉のために申し上げておきますと、彼らが光速度を説明するために作った式は、全くそのまま特殊相対性理論で使われています（どうして、そういう式になるかの説明が違うだけ）。そのため、アインシュタインの名前でなく、彼らの名前から、ローレンツ変換式とかローレンツ・フィッツジェラルド変換式と呼ばれています。　実は彼らの式で既に、速く移動する物体の時間が遅れることなどの相対論で有名な話は、既に分かっていたのです。ただ、その裏付けとなる説明は、光速度が変わるという彼らの考え方ではできなかったのですが。

質問者

お礼 2012/01/06 01:14

なるほど、さすがにすべてを完璧に理解するには難しかったですが、非常に分かりやすく面白く興味もわきました。ありがとうございます。

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雪中庵（@psytex）
ベストアンサー率21% (1064/5003)

2012/01/05 15:25 回答No.6

相対性理論は、光速不変性（そうしないと、全ての運動が相対的だと光速に近い速度で後退している遠くの天体の光は、ノロノロ飛んでいて追い抜ける＝逆方向に見える）や、時空の相対性（そうしないと光速に近い速度で運動している宇宙船の中の動きは全て超光速になる）など、それまで我々が持っていた「絶対時空」「絶対運動」といった先入観念が、それ自体の中に持っていた矛盾を解決するために、生まれたものです。その結果として、運動するものの時間が遅れたり、質量が増大したりすることが指摘され、また実験的にも証明されています。特殊相対性理論は、「相対的な運動」のうち慣性運動のみを対象とし、一般相対性理論は、加速運動（加速運動と重力の等価性をベースに）まで包含して『相対化』したものです。別の見方をすれば、究極の理論といわれるスーパーストリング理論において、全ての存在の本質は、量子定常波＝光速に還元されます。光速以外の速度は、量子＞素粒子＞原子＞分子といった階層現象性の表面的な定性化＝虚像において派生しているのです。そうであれば、光速で運動する物体において、その中の原理的単位が運動方向以外の運動をすれば全て超光速になってしまうので不可能であり、中での相互作用できない＝時間が止まってしまうのです。「時間が戻る」というのは、超光速での話です。ただし通常の静止質量を有する物体は、光速に近づくにつれ質量が無限大になるので、光速は超えられない、というのが相対性理論の帰結です。しかし初めから超光速である事を、相対性理論は禁じていません。ただ、こうした物理的な「時間が戻る」というのは、「時計が逆に回る」とか「ぬるま湯が氷と熱湯に分かれる」といった我々の考える“時間反転”ではなく、素粒子が時間軸を逆行する＝力を加えた方と反対に動く＝負エネルギー粒子と等価のものなのです。

質問者

お礼 2012/01/06 01:17

最初は少しわかりにくかったですが、他の回答者様と合わせてみて理解できました。少し難し目でしたがありがとうございました。

noname#146820

2012/01/05 09:39 回答No.5

光の速さ９９％まで加速しても時間は戻らない。質問者さんが提示している方法では、宇宙船の外の時間は早く流れる方法です。時間を戻す方法は、別です。以上、参考までに。さ～ぁ！　皆で考えよう。ミリオンスロット。

stm003
ベストアンサー率29% (46/154)

2012/01/05 08:37 回答No.4

スペースシャトルの中の時間が遅く進むのは正解です。実際は百年間乗り続けても百分の一秒も遅くは進まないのですが、確実に遅く進みます。これは有名な特殊相対性理論なのですが、一度聞いただけでは簡単に理解しがたいものです。（実際は想像しにくい世界です）まず基本は光が約30万キロ進んだ時点で時間が一秒経過するということです。つまり光と同じ方向に同じ速度で進めば（光に30万キロの差をつけられなければ）時間は進まないということです。難しいですね。これからさらに混乱してしまうかもしれません。これを踏まえて、一番大切なところは相対性というところです。相対性とは観測者と観測対象の間にだけ関係するということです。図を見てください。仮にスタート地点Sから光の速さでAが北に30万キロ進み、Bは東に30万キロ進み、Cが西に30万キロ進んだとします。 SからA,B,Cを観測するとすべて光の速度で30万キロ進んでいるので、一秒時間が経過しているようになります。しかし、同じ瞬間にBからCを観測すると、60万キロ進んでいるのでBとCの間には2秒が経過したことになります。同じようにAとBの関係では1.41421356秒の時間が経過していることになります。つまり観測者と観測対象の関係により、時間の流れが変わってしまう事になります。相対性理論では時間の流れではなく光の速度が絶対です。相対的な関係において、時間の流れは変わって良いが、光の速度は変わってはならない。 …というのが大原則です。太陽から見れば秒速30キロで公転している地球の時間も僅かですが遅くなっているように観測されます。しかし、ここまできてよく考えると『スペースシャトルから見れば、地球の方がすごいスピードで動いているので、地球の時間の流れが遅くなるんじゃないのか…？』と考えてしまいますが、それには加速度が関係してくることになります。これはこれでまた話が複雑になってくるので、一度相対性理論を学んでみることをお勧めします。漫画などで解説した分かりやすい本なども沢山出ています。