相対性理論ってこんな話

はじめに

まず初めに私は物理学者ではない。ただSF映画にありがちなタイムマシーンに携わる科学には魅力を感じる。今回は相対性理論とは?E=MC2(2乗)ついてざっくり雑談できる程度の記事を書こうと思う。

言わずもがなアインシュタインが提唱した理論である

特殊相対性理論と一般相対性理論がある

特殊相対性理論に重力の概念を付け加えたのが一般相対性理論である。

名著要約本からざっくり補足して記事にしてみようと思う

ざっくり説明

この概念を理解するうえで受け入れるべきことは2つ

光の速度はいかなる場合でも一定である(光速度不変の原理)

この考えがあることで時間と空間の歪みが生じる

どういうことか?

速度=距離/時間
時間=距離/速度
距離=時間×速度

我々は小学生のころからずっと速度の関係式を教えられてきた。

しかし光にとって速度はいかなる場合でも一定の約30万km/秒なのである。

だからこそ、距離と時間が変動するのである。

光の速度に近づけば近づくほど空間(距離)は圧縮され時間がゆっくり流れる。

速度が一定であるがゆえに時間と空間に歪みが生じる。

光の速度の90%で1年過ごせば2-3年
光の速度の99.99%で1年過ごせば約70年
外の世界では経過してるとされている。
まさに浦島太郎である。

そしてもう一つ

早く進むものは縮み重たくなる

である

光の速度に近づけば近づく程、物質は重たくなる。しかし質量が無限大とはあり得ない。光速まで加速するのは無理なのだ。光の質量ゼロだから光速になれる。では物質が光の速度に近づけば近づく程、重たくなりスピードが落ちるのであればどこにそのエネルギーはどこから来てどこに向かったのか?

そのエネルギーと質量の関係性を示したのがかの有名な

E=MC^2なのである。

E:エネルギー(J)
M:質量(kg)
C:光速度(m/s)←定数

1gの質量の物質は90兆Jのエネルギーに変換できるというものだ。

90兆ジュールというと22万トンの0度の水を一瞬にして100度にする莫大なエネルギーと評される。

原子力発電はこの仕組みで莫大なエネルギーを作っている。

しかし、初めて人類が原子力を実用化したものは発電ではない。

原子力と聞くと日本人は思うことがあるだろう。

悲しいかな広島、長崎の爆弾である。

と、ここまでが特殊相対性理論である。先にも述べた通り一般相対性理論は重力の概念を組み込んだ物で重力も時空を歪ませるというものである。決してニュートン力学を否定したものではない。万有引力をカバーするために考案された。

余談


少し物理の単位をかじった方なら
E=MC^2は
J=kg×(m/s)^2なので右辺≠左辺になるのでは?と思うだろう。

Jはトルクを表すニュートンメートル(N×m)で示すことができる。
すなわちJ=N×mとなる
ここまで言えば何が言いたいかわかるだろう。
あのNはあの公式はF=Maと表現できる。
すなわちJ=kg×m/s^2×mであり。J=kg×m^2/s^2と表現できる。

ここでE=MC^2の左辺はkg×(m/s)^2となり

kg×m^2/s^2と表現できる。

J=kg×m^2/s^2であるので見事

右辺=左辺となる。

物理はこの辺が素晴らしい

単位の補足
M:質量(kg)
m:距離(メートル)
a:加速度(m/秒^2)
s:時間(秒)


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