特殊相対性理論を分かりやすく解説!空間での移動は時間を遅らせる

2016/11/25

<この記事の所要時間:約 5 分>

アインシュタイン博士が唱えた相対性理論・特殊相対性理論って言葉だけは聞いたことが有ると思いますが、実際なんなの?

相対性理論ってどういう現象のことを言うの?

と疑問に思う方多いと思います。

今回は相対性理論のほんの一片を皆さんに分かりやすく解説し、相対性理論の面白さを知って頂ければと思います。

相対性理論とは

相対性理論は特殊相対性理論と一般相対性理論の総称でアルベルト・アインシュタイン博士によって記述された理論です。

現代の物理学の基本的な理論とされており、特殊相対性理論は時間と空間の関係性を説明したもの。

一般相対性理論は加速することと重力との関係を書いたものが一般相対性理論です。

↑↑超大雑把に簡単に説明しています。

これだけ聞いても全くわからないと思いますが、今回はこの特殊相対性理論の方に関係する現象についてのごく一部をご紹介したいと思います。

【特殊相対性理論】空間での移動は時間を遅らせる

空間での移動は時間を遅らせる

なんとなく「時間が遅れる」「空間」「時空」などのキーワードを聞いたことがあると思います。

実は、時間と空間って非常に密接な関係にあり、【空間での移動は時間を遅らせる】のです。

【空間での移動は時間を遅らせる?】意味不明だと思います。

ここから説明することは、まさに人知を超えた摩訶不思議な現象に思えるかもしれませんが、私達の周りで実際に既に起きている現象です。

【時間】と【空間移動】を置き換えて考える

まずはこの図を御覧ください。

時間と空間

例えば地点Aからスタートした2人が居ます。

片方は矢印Aの様にまっすぐ北へ

もう片方は矢印Bの様に北西へ進みます。

同じスピードで両者が進む場合どちらが早くラインCにたどり着くでしょう。

これは当然、矢印Aのまっすぐ北に進んだほうがラインCに早くたどり着きます。

皆さんこれは分かりますね。

これが実は、空間移動と時間のずれと同じことが起きているのです。

時間と空間移動・スピードの関係を表した図

それがこの図です。

空間での移動は時間を遅らせる

この図がまさに【空間での移動は時間を遅らせる】という事を表しています。

先ほどの北軸を時間に。西軸を空間移動に置き換えました。

この矢印を見ると、空間移動が少なければ少ないほど”時間C”にたどり着くのが早くなります。

逆に矢印Bや矢印Cの様にスピードが早く空間移動が多ければ多い程、”時間C”にたどり着くのが遅くなるという事が、上記の図から分かると思います。

※矢印A・B・Cは全て同じ長さで作成しています。気になる方は定規で測ってみてください。

私達の世界では実際にこの現象が起きているのです。

じっと座って居る人と、自転車に乗っている人。

実は自転車に乗っている人の方が時間がゆっくり流れているのです。

歩いている人より、車に乗っている人。

車に乗っている人より、飛行機に乗っている人の方が時間がゆっくり流れているのです。

でも全然時間が遅れている感覚を味わったことが無い。と思う方も居るかもしれませんが、私達が日常で体感できるスピードくらいの速さではその時間の遅れを感じ取ることは出来ません。

光の速度の90%のスピードで1年間過ごすと

例えば光の速度(時速30万キロ)の90%の速度を保ったままの人と、ずっと静止したままの人では、静止したままの人の時計が1年経過するとき、宇宙船内に居た乗組員は0.44年しか時間が経過しません。

これは実際に宇宙船の乗組員の時計が0.44年しか経過しないという意味です。

この【空間での移動は時間を遅らせる】現象は実際に確認され、立証されています。

空間での移動は時間を遅らせる事をウラシマ効果という

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時間の遅れが移動速度によって生じることをSF作品などでは、ウラシマ効果と言います。

これは文字通り、浦島太郎が竜宮城で過ごし、村へ戻ると数十年、数百年経っていたのをなぞらえてウラシマ効果と言います。

また、SF映画のインターステラーでは、この時間の遅れが描かれている作品の1つです。

ワームホールなどで遠い宇宙へやってきたがそこでの数時間が地球の何十年にもなる。

これらも特殊相対性理論・ウラシマ効果によって起きる現象です。

GPSは特殊相対性理論の身近な例

GPS衛生と相対性理論

iPhoneなどのスマートフォンにはGPS機能がついていますが、このGPSは地球の周りをまわるGPS人工衛星の原子時計によって機能しています。

このGPS人工衛星は宇宙空間を猛スピードで移動しているため時間が遅くなるという特殊相対性理論が加味され、さらに、地球上から離れているために、地球の重力による時間の遅れを軽減できるという一般相対性理論の時間のずれが考慮され、毎秒100億分の4.45秒だけ遅く進むようにできています。

時間の遅れは科学的に立証・証明されており、私たちは既にその時間の遅れを考慮されて作られたGPSを日常的に利用しているのです。

まとめ

今回は相対性理論の中でもほんのごく一部を少しご紹介しただけですが、【空間での移動は時間を遅らせる】という事がなんとなくおわかり頂けたでしょうか?

時間が遅れるなんてSFの世界のような話ですが、私達は相対性理論、時間の遅れに関係する世界の中で生きているのです。

本当に面白い。

色々とわかってくると、インターステラーなどのSF映画もどんどん面白くなります。

筆者も未だ殆ど相対性理論の事を知りませんがこれからも色々調べてみたいと思っています。

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