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ブラックホール、相対性理論について・・

みみさん

2008/1/2210:22:09

ブラックホール、相対性理論について・・

相対性理論って、なんなのですか。
私は公立の学校でもなく、
いま高校生なのですが留学中で、
学ぶ機会を失ってしまったように思います。
相対性理論を勉強するにも本はすべて英語、
学ぶ方法がみつかりません。
それで!
簡単でいいので、どなたか相対性理論というものを
解説してくださらないでしょうか。

どうしてもブラックホールに興味があって、
どこを調べても相対性理論という言葉で
解説されているのですが
その理論がわからないために
なにも理解できずに
悔しい思いをしています。

よろしくおねがいします^^

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yen********さん

2008/1/2213:39:02

まず、相対性理論には二つの理論があることを覚えておいてください。特殊相対性理論と一般相対性理論です。
相対性理論を理解するには、ニュートンの万有引力との違いを知るのがわかりやすいと思います。

ニュートンの考えた時空>
「体操でジャンプする人の足の接地面は、石のように強固で変化しない」
ニュートンは、時空を「外的な要因には何ら左右されない一様なもの」ととらえ、その時空に対して働く力を法則化しました。

アインシュタインの考えた時空>
「体操でジャンプする人の足の接地面は、トランポリンのマットのように凹む」
アインシュタインは、様々な事象の起こった時間や空間をひとつの「座標」にして、それらを平等かつ相対的なものとして
とらえようと考えました。

次に、二つの相対性理論をシンプルに要約すると以下のようなものになります。

特殊相対性理論>
光の速度は一定である。宇宙には、絶対的な時間と空間は存在せず、それらは相対的に変化する。

一般相対性理論>
光の方向は一定ではない。(重力によって曲がる)
大きな質量をもった物質は、時間と空間を曲げている。それが重力の正体である。

特殊相対性理論は、
「光の速度は、どの様な速さで動いている人から測っても同じである」(光速度不変の原理)という観測結果から導きだされました。
これは「時速300kmで走る新幹線の目(光)と、停車している新幹線ひかり号の目(光)は、同じ速度で進む」ということを表します。

「光速度不変の原理」を「相対性原理」にあてはめると、一瞬矛盾しているように思えます。
しかし、アインシュタインは、走っている新幹線の光と、止まっている新幹線の光が同じ速度なのであれば、両者にとっての時間は
相対的に異なるということに気がついたのです。

特殊相対性理論は「同じ速度で動いている座標系の相対性」という限られたものでしたが、これを「すべての座標系の相対性原理」に
拡げたのが、一般相対性理論です。

この理論の完成に、大きな障害となったのがニュートンの「万有引力の法則」でした。万有引力の法則では、空間のある領域で物質の
分布が変化すると、その重力の変化は宇宙のどこにでも瞬時に伝わることになり、それは光よりも速く伝わることになります。

重力は、すべての物質と物質の間に働き、互いに引き合っているというこの法則は、特殊相対性理論とは両立しませんでした。

しかし、アインシュタインはこの性質から「重力で自由落下しているエレベータの中では重力は消える」ことと、
「無重力の宇宙空間でも、加速度運動をすることによって重力と同じ力をつくることができる」ということに気づきました。
こうした現象を「等価原理」といいます。

アインシュタインは、「等価原理」を前提として、重力は物質の質量エネルギーによって時空がゆがむことによって引き起こ
されていると理解したのです。
「私たちが引力として考えているものは、時空が曲がっているために生じている」

この時空の歪みは、太陽の近くを通ってくる星の光が曲げられているのを、皆既日食の時に観測できることから事実として証明されました。

ブラックホールは、一般相対性理論によってその存在を定義することができます。
ブラックホールは、「光さえも脱出できない強い重力場をもった星」と喩えられますが、この表現は正確ではありません。
光には質量はありません。光が重力で脱出できないのなら、光にも質量があることになってしまいます。

光は直進して進みますが、ブラックホールが強い重力場によって空間を歪ませているため、その空間の歪みに沿って重力の方向へと
曲げられてしまいます。このため、内部の光はブラックホールから逃れることができません。
外から見ると、ガスや塵が吐き出されて見える空間が観測されますが、これはブラックホールが重力でそれらを吸収しているのです。

通常の天体は、重力が光の脱出速度を超えていないため、自らが発する光や恒星の光を反射して光っています。
ブラックホールは、太陽の約20倍以上の質量をもった恒星が、超新星爆発の後も重力崩壊(収縮)をずっと続けている状態なのです。

ブラックホール
http://ja.wikipedia.org/w/index.php?title=%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%...

質問した人からのコメント

2008/1/23 15:44:33

降参 そうですね、トラックバックや検索など
してから、質問するべきでした。
すみませんでしたm(__)m
yenpoundollareuroさん、
本当にどうもありがとうございました。
わかりやすい要約で、
よく理解できました。
ここに回答くださった4人のみなさんにも
お礼をいいたいです、
アドバイスやリンク先を
どうもありがとうございました。
注意してくださってありがとうございました。
英語の本でも勉強してみようと思います!

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cyg********さん

編集あり2008/1/2220:12:15

冷たいような言い方になりますが、ここで許されているスペースで説明するには無理があるのではないでしょうか?
yenpoundollareuroさん の説明もかなりわかり易く感銘を受けるのですが、本当の初心者だったらまだ疑問が残るのではないでしょうか?

質問者さんの文章からすると、現在海外に留学されていて日本語の書籍が手に入らないのでしょうね。
しかし、ここに質問できるなら、WEBで検索はできるのでしょう?。Yahooのトップページで「相対性理論」で検索をかければ山ほど候補が出てきますね。これらのサイトで調べてみたらいかがでしょうか?

ただし、胡散臭い説も出てくるので注意が必要ですが。
まずは、大学系や公的機関のサイトのものを調べられるのが良いかと思います。
その後、「相対論」に否定的な主張を読まれるの良いでしょう。

最後に、質問者さんへ。
ブラックホールについてのどの部分が(もしくはどの部分から)理解できないのでしょうか?「こうなるの理解できるが、この部分が理解できない」ような質問なら、皆さん回答しやすいと思います。

=追記=
前記で「勝手に調べろ」みたいに受け取られたくないので、一例として以下のサイトを紹介しておきます。
http://b.high.hokudai.ac.jp/~konno/soutairon/
Yahooのトップページで「相対性理論」で検索をかけたら上位(最初のページ)にあったので、どんなものか見てたら結構良さそうなので紹介しました。(まだ全部は目を通していたいのですが...)

2008/1/2210:58:31

え~お答えします。私より素晴らしい方がおります↓

http://www2.ocn.ne.jp/~hara01/

ここで学んでください。もうそう対戦理論は崩壊して間違いだと証明されつつあります。

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