へほは日記

無感動な大人を卒業して、感動屋なおじさんになります。

【物理学のお話】久々に復活。まずは特殊相対性理論

大栗博司さんの重力とは何かを再読し始めた。

またいつものとおり、とても新鮮だ。(覚えていないにもほどがある)

 

で、また書くことで覚えようと思う。

まずは前回書いていない特殊相対性理論の話。「特殊」は直線運動にまつわる話だ。

 

こんなことが話題になったそうだ。

光速で走る電車の中で、前方に懐中電灯で光を発射すると、その光はどんなスピードになるのか。それを電車の外で見ている人からはどうなのか。

 

マクスウェルの電磁気学では光速度は不変なので、どちらも同じ速度で見えるのだが、感覚的にはおかしい。この感覚はニュートン力学の世界だ。

 

光速ではなく普通のスピードで走っている電車の中で、歩いている人は電車の中では時速数キロに見えるが、電車の外から見ると電車の速度以上の速さに見える。

つまり、速度は合成される。

 

でも光速の電車の中で発射された光は電車の中で見ても、外から見ても光速度でしかない。

おかしくね??

 

これは地球の自転速度を利用した実験によって光速度不変が正しいことが証明され、光速に関しては速度は合成されないことが示された。

正しいのだ。

 

それを理論的に説明したのが特殊相対性理論だ。

 

光速に近づくほど、時間が遅れ、空間が縮む。時間や空間が一定ではないという画期的な発想がキモになる理論なのだ。

 

まず時間が一定ではない話。

 

合わせ鏡を上下に置いて、光が上下に行ったり来たりするとする。それを電車に乗せる。

合わせ鏡の間を光が1秒で移動するとすると(超長い合わせ鏡だが。。)、電車に乗っている人には光が上下に移動するので1秒に見える。

それを外から見ると、電車は動いているので光は斜めに移動し、上下に移動するのに1秒以上かかっているように見える。

(光の速度は常に一定だが、電車の外から見ると合わせ鏡は動いているので例えば下から出た光が上の鏡に着くまでに、上の鏡が移動しているので、その間の距離は長くなっている)

 

つまり、光速に近い速度では、外から見ると時間がゆっくり進んでいるように見えるのだ。

同じような感じで、光速に近いスピードで移動している電車内では、距離が縮む。(ローレンツ収縮という)

 

いまいち面白い話に持っていけなかったのが残念だ。