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Sligh'Hand

Author:Sligh'Hand

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Open Travelers
称号
ぐったりたぬぬ
特徴
公園内でマジシャンを目指す新米教師。桜の下で「たぬき寝入り」するのがマイブーム。

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相対性理論について考えてみたらぐったり最強って結論になった (前編

 ども、スラです。

 並んで止まった隣の電車が動いたと思ったら、実は自分の乗った電車が動いていた。そんな経験をした方もいるのではないでしょうか。

ただの知り合いだ

 相対性理論について考えていたら、ひきこもり最強というか、ぐったり最強という結論に至りました。そういうことなので、以後、よろしくお願いします。

 って言われても困りますよねw 以下、順を追って説明しましょう。

まずは、相対性理論について。





 通常、単に相対性理論と言った場合、特殊相対性理論を指します。 特殊相対性理論ってのはご存じの通り、アルベルト・アインシュタインが 1905 年に提唱した理論です。 「すべての慣性系で物理法則が変わらない」という特殊相対性原理と、「すべての慣性系で真空中の光の速度は等しい」という光速度不変の原理を公理として、空間と時間が変動するとしたアレですね。

 せっかくなので具体的な登場人物を交えて考えてみましょう。

 お花見公園でスラ←がぐったりとたぬき寝入りをしていたとします。 このとき、カバリア島が世界の中心だと考えると、スラ←は移動していないのでスラ←の速度はゼロです。

 さて、そんなお花見公園に、佐川さんとほしにゃんがやってきました。 見ると、佐川さんは台車に乗って、ほしにゃんがその台車を押して、土埃を巻き上げながら、超音速でこっちへ向かってくるようです。
台車で爆走する佐川さん
うわぁ……。

 さてこのとき、世界の中心であるカバリア島から見ると、佐川さんとほしにゃんは、同じ速度で移動しているように見えます。 これはカバリア島の一点に貼りついて惰眠を貪るスラ←からみても同様。 佐川さんとほしにゃんが超音速で移動しているように見えます。

 じゃぁ今度は、台車に乗った佐川さんを世界の中心にして周りを見てみましょう。 佐川さんの乗った台車をほしにゃんが押している限り、佐川さんとほしにゃんの位置関係は変わりません。 つまり、佐川さんからみると、ほしにゃんは移動していないように見えます。 一方、佐川さんからスラ←を見た場合、ほしにゃんが台車を押しているので、あたかもスラ←が移動しているように見えるはずです。

 カバリア島を基準にしてみると、スラ←が止まっていて、佐川さんとほしにゃんが動いているように見える。 逆に、佐川さんを基準にしてみると、ほしにゃんが止まっていて、スラ←が動いているように見える。 こんな感じに、世界の中心をどこに置くかで、モノの動きは変わって見えます。

 ここで、カバリア島を基準とした世界を「カバリア慣性系」、佐川さんを中心とした世界を 「佐川慣性系」 と呼ぶことにします。 スラ←はカバリア島の上に貼りついて動かないので、カバリア慣性系の住人です。 一方、佐川慣性系の基準点である佐川さんは、言うまでもなく佐川慣性系の住人です。

 ここまでが前置き。
長っ。 前置き長っ。

 とこりで、特殊相対性理論の公理は 「すべての慣性系で物理法則が変わらない」 かつ 「すべての慣性系で光の速度が等しい」 でした。 これはつまり、「カバリア慣性系と佐川慣性系のどちらにおいても、同じ物理法則が働き、かつ、光の速さも一緒だということを前提としますよー」 ということです。 この前提があると、一体どうなるのでしょうか。 ここで、もう一人、お花見公園の住人さんに登場してもらいましょう。

 気づくと、スラの後ろにキキさんが立っていました。 「世界がまわーる」 とか言いながら、やけにふらふらしてます。 ぁぁ・・・げろげろは禁止です。 というか、
その手に持ってるばくたけは何ですか!?
ちょ、こっちに投げないでくださいーーー><;

 というスラ←の懇願も空しくキキさんの手を離れたばくたけ(便宜上、以下 「爆竹」 と表記します)が放物線を描いてスラ←に直撃。 そしてその爆竹が炸裂した瞬間、ほしにゃんと佐川さんがスラ←の目の前を通過しました。

 ようやくここからが相対性理論の本題です。 炸裂した爆竹が放った光は、光の速度で四方八方へ広がっていきます。 その速度は秒速 30 万 km。 桜の花びらの比じゃぁありません。 爆走する佐川さんとほしにゃんを一瞬で抜き去り、1 秒後には地球を 7 周半分進んだところにいます。

 ところで、相対性理論の前提として 「どの慣性系でも光の速度は同じ」 ってのがありました。 これは、「どの慣性系から見ても、光は一定時間に同じ距離だけ進む」 という意味です。 一体どういうことでしょう?

 まず、カバリア慣性系から見てみましょう。 爆竹が炸裂した瞬間に、スラ←がストップウォッチをスタートしたとします。 光の速度は秒速 30 万 km なので、スラ←に当たった爆竹から放たれた光は、スラ←のストップウォッチが 1 秒を指した瞬間、光はスラ←から 30 万 km 離れた位置にいます。 ちなみに、スラ←から見ると、佐川さんとほしにゃんは超音速で走っているので、スラ←のストップウォッチが 1 秒を指した瞬間、佐川さんとほしにゃんはスラ←から 400 m くらい離れた位置にいます。

 では、佐川慣性系ではどうでしょう? 爆竹が炸裂した瞬間に、佐川さんもストップウォッチをスタートしたとします。 光の速度はどの慣性系であっても同じなので、佐川慣性系でも光の速度は秒速 30 万 km です。 爆竹が光を放った時、佐川さんとほしにゃんはスラ←と同じ位置にいたので、佐川さんのストップウォッチが 1 秒を指した瞬間、光は佐川さんから 30 万 km 離れたところにいるはずです。

 ここが相対性理論のポイントです。 動かないスラ←から見ると、1 秒後の光はスラ←から 30 万 km 離れたところにいます。 また、動かないスラ←から見ると、1 秒後の佐川さんはスラ←の目の前を通過して、スラ←から 400 m くらい離れたところにいます。 んで、その佐川さんから見ると、1 秒後の光は佐川さんから 30 万 km 離れたところにいるはずです。
光のホントの位置は?
あれ?
でも↑の図だと、佐川さんと光の到達地点は、30 万 km よりもちょっと余分に離れてないですか? 1 秒後の光のホントの位置は、スラ←から 30 万 km 離れた位置なのか、佐川さんから 30 万 km 離れた位置なのか。 正しいのは、一体どっちなの? と。

 なんか、長くなったので、一旦ここで切りましょうか。 続きは追って。

たぬぬのねごと | 14:34:50 | Trackback(0) | Comments(0)
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