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相対性理論について読みましたが文系で、頭が固い私にはなかなか理解できません。 ...

hte********さん

2019/7/1208:49:16

相対性理論について読みましたが文系で、頭が固い私にはなかなか理解できません。
まず「1秒」というものを光がある地点からある地点に届くまでの時間と定義することが大事ですよね?
そもそ

も同じ時計を速く動く物体とそうでない物体において比較しても意味がありませんし…
と考えると速い物体で過ごすと気持ち的に若くなるっていうのは分かりますが物理的に(見た目等)若くなるっていうのはおかしくないですか?
私全然理解出来てませんね…

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tad********さん

2019/7/1213:44:28

>同じ時計を速く動く物体とそうでない物体において比較しても意味がありませんし

なぜ意味が無いと思われるのでしょうか。
むしろ比較するなら同じ物でなければ意味がありません。

たぶん質問者さんは光時計の思考実験の話をされているのですよね?
この話は「光は誰から見ても同じ速さに見える」という前提が正しいとするならどういうことが起きるのか、という話なんです。

光時計の思考実験では、筒状の装置の下端から発射された光が上端に届いた瞬間を1秒とする、というような話が一般的かと思います。
実際にそんな物を作ったら筒の長さが30万kmになってしまうので現実的ではありませんが、別に単位は秒じゃなくてもなんでもいいんです。単に話として描きやすいから1秒という言葉を使っているだけだと思ってください。

この光時計を宇宙船内に設置したとします。
地球から見て宇宙船は一定の速度で動いているとします。
一定の速度(つまり加速度ゼロ)という状態は、物理的には止まっているのと何も変わりません。
地球から見て宇宙船がどんな速度で動いていようと、宇宙船内にいる人にとっては全ての物理現象は変わらずに観測され、自分が止まっているのか動いているのかを区別することはできないのです。
(これを特殊相対性原理といいます)

光の速度は光源の運動によらず一定です。(光速度不変の原理といいます)
宇宙船内の人にとっては、光速度不変の原理と特殊相対性原理によって、宇宙船の速さに関わらず光時計は常に正確に1秒を刻みます。

ところがこの様子を外部である地上から観測している人にとってはどう見えるか、
宇宙船は動いているので光が光時計の下端から発射された瞬間と、光が光時計の上端に届く瞬間では光時計の位置が変わっています。
つまり光は下端から上端まで斜めに動かなければならず、光時計の筒の長さよりも長い距離を進んだことになります。
つまり地上から見ている人にとっては、宇宙船内の光は筒の上端に届くまで1秒より長くかかっているのです。
しかし宇宙船内では1秒しか経っていない、つまり地上から見た宇宙船内の時間の進み方は遅くなっている
ということになります。

光速度不変の原理と特殊相対性原理を前提にするとこうなるよ、という話です。

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s_h********さん

2019/7/1323:37:45

私も、お互い様な相対論はよく理解できませんが、

運動するとスケールが変化するだけではないでしょうか?

時計の進み方が遅れ、長さが収縮すると

速さ=長さ/時計の進み方は、一定になるんでしょうね。

wak********さん

2019/7/1216:58:38

相対性理論の数式は完全であり真です。そして、私は相対性理論の篤い信者です。

しかし、その解釈には様々あります。①「時間と空間そのもの」が変化するのか、②時計が遅れ定規が収縮するので「時間と空間の座標」が変化するのか、③時間と空間が変化して見えるだけなのか、等々あります。

私は、②と解釈する者です。以下私の考えを説明します。

粒子は、光速に近づくに従って動き難くなります。ですから、高速で移動する時計は構成する粒子が動き難くなるので遅れます。私の肉体を構成する粒子も動き難くなるので、時計と一緒に高速で移動する私は、ゆっくりと動き・思考し・年を取ります。
私がゆっくりとなるので、自分が持っている時計が遅れていることに気が付きません。逆に、静止している人は速く動き・思考し・年を取っていると見えます。また、静止している人が持っている時計は、速く進んで見えます。まるで、自分に流れる時間が遅くなった様です。

しかし、決して私に流れる時間そのものが遅くなった訳ではありません。私や時計と言う物質が動き難くなっただけです。
また、高速で原子が移動すると、電子は動き難くなり回転速度が落ち遠心力が弱まり、原子核の電磁気力に引かれより小さい軌道を回ります。この仕組みにより、高速移動する定規は「ローレンツ収縮」します。定規が縮むので距離は逆に長く測定されます。しかし、自分自身が移動しているのでその分距離は短く測定されます。距離はその差引となります。
※進行方向へ√(1-v^2/c^2)倍「ローレンツ収縮する仕組み」は下記ホームページを参照ください。
http://catbirdtt.web.fc2.com/rorenntusyuusyukunosikumi2.html

この遅れた時計と収縮した定規を使い、動きながら時間や距離を測定するので、高速移動する慣性系では「時間と空間の座標」が変化します。「時間と空間の座標」が変化すると、光の速度は常に一定に測定されます。
また、強い重力が粒子に掛ると粒子は動き難くなります。ですから、高速移動した時と同じ現象が起こります。つまり、高重力場では、時計が遅れ定規が収縮するので「時間と空間の座標」が変化します。

アインシュタイン博士は、測量棒でジャングルジムを作る思考実験をしました。測量棒を1[m]とします。
静止時には、測量棒は1[m]なので、これが空間の三次元の1[m]間隔の座標です。

v[m/s]で移動すると、ジャングルジム(=座標)は進行方向(横方向)へ√(1-v^2/c^2)倍「ローレンツ収縮」します。つまり測量棒(=定規)が収縮するので、横方向は√(1-v^2/c^2)[m]が1[m]となります。この様に、高速で移動すると空間の座標が変化します。

同様に、v[m/s]で移動すると粒子は動きにくくなり、時計は1秒間に√(1-v^2/c^2)秒を刻む様になります。即ち「時間の座標」も変化します。

この様に、相対性理論は座標を研究する学問です。時間や空間そのものが変化する訳ではありません。何故なら、時間や空間には実体がないからです。実体のないものが変化する筈はありません。

変化するのは物質です。v[m/s]で移動すると、観測者自身や観測者の持っている時計や定規が変化するので、観測結果が静止時とは異なるのです。つまり、座標が変化するのです。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://catbirdtt.web.fc2.com/tokusyusoutaiseirironnnosetumei.html

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