相対性理論とは

相対性理論のコーンに、ドイツ生まれの物理学者アルバート・アインシュタインの「黒い森」の味をもう一口乗せてみましょう。 先ほど述べたように、ガリレオ相対性理論は、ニュートン物理学から少し手を加えただけで、破綻してしまいました。 そこでアインシュタインは、特殊相対性理論を提唱したのですが、その内容は次のようなものでした。 物理法則はすべての慣性フレームで同じであり、光の速度はすべての観測者にとって同じである。 つまり、「物理法則はすべての慣性フレームで同じであり、光の速度はすべての観測者に等しい」というものだ。あなたが壊れたスクールバスに乗っていようと、猛スピードの列車に乗っていようと、未来のロケット船に乗っていようと、光の速度は同じであり、物理法則は不変なのだ。 速度と方向が一定で、覗き込む窓がなければ、この3つのうちどの船で移動しているのかわからないでしょう。

しかし、特殊相対性理論はすべてに影響します。 本質的に、この理論は距離と時間が絶対的なものではないことを提案したのです。

さて、3つ目のアイスクリームの時間ですが、これもアインシュタインによる重厚な一品です。 ジャーマンチョコレートとでも言いましょうか。 1915年、アインシュタインは相対論的宇宙観に重力を織り込むため、一般相対性理論を発表した。

覚えておきたいのは、「ある方向に引かれた重力は、別の方向に加速することと等価である」という等価原理である。 加速するエレベーターで、上昇中は重力が増し、下降中は重力が減るように感じられるのはこのためです。 もし重力が加速度と等価なら、重力は（運動のように）時間や空間の測定に影響を与えるということになる。 そこでアインシュタインの理論は、重力そのものの定義を、力から時空のゆがみへと変更したのである。 科学者たちは、この定義を裏付けるように、重力によって時間と空間の両方がゆがむことを観測しました。 地球上の時計と、惑星の質量から遠く離れた軌道衛星の時計を比較した結果、軌道上では地球上よりも時間の流れが速くなることがわかったのです。 この現象を科学者は「重力的時間拡張」と呼んでいる。 同様に、科学者たちは、重力レンズと呼ばれるもので、大質量の星のまわりで曲がるまっすぐな光線を観測しています。 相対性理論は、宇宙を読み解くための宇宙論的な枠組みを与えてくれる。

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