相対性理論とは?わかりやすく動画でも簡単に意味や概要を解説

物理的宇宙を語る時に必須として欠かせないのが、20世紀最高の天才と呼び声高いアルベルト・アインシュタイン博士相対性理論ではないでしょうか。

この相対性理論とは何かについては、天才が発表した理論だけにとてつもなく難解で、とても一般人に理解出来るものではないのですが、やはり宇宙を語る以上、理解出来ないなら出来ないなりに概要だけでも知ってはおきたいものです。

そこでここでは相対性理論について私自身が学ぶためにも、解説動画も紹介しつつ簡単にわかりやすく意味や概要について調べてみました。



アインシュタインが発表した相対性理論は2つ存在した

アルベルト・アインシュタイン博士は、1879年ドイツ生まれの理論物理学者です。


「Image Credit:Wikipedia」

彼が相対性理論を発表したのは、何とまだ26歳の時の1905年。
この時に「特殊相対性理論」を世に送り出しています。

さらに、それから約10年後の1916年には「一般相対性理論」を発表。

この功績が認められ1921年にノーベル物理学賞を受賞し、彼の名声が世界中に広まって行きます。

そしてこの2つの理論を基に、その後の宇宙物理学の世界で様々な宇宙の謎が解明されて行くことになって行くのです。

相対性理論の概要

相対性理論は複雑な数式のもとで成り立っていますが、私たち素人が、そんな数式を解説したところで何が何だかわからないでしょうし、私自身もチンプンカンプンです。

ですが、単純明快に相対性理論の概要を説明すると、主役となるのが光と重力

この光と重力の関係が相対的な現象となることの意味を表しており、おおまかに言うと、光について謎を解き明かしているのが特殊相対性理論で、重力についての謎の解明をしているのが一般相対性理論になります。


簡単にとは言え、相対性理論の概要を解説するのは非常に難解ですので、この記事だけで理解していただるとは思えず、ハッキリ言って無理なんですが、ただ宇宙を知るうえで、知っておいてほしい相対性理論のエッセンスは何とかお伝えしようと思います。

知っておいてほしい相対性理論:「光の謎」

まず知っておきたいのが、相対性理論では光の速さ以上に速いものは存在しないという事。

光の速度は宇宙で最速

光の速さは秒速約30万キロです。

小学校の授業で習ったかも知れませんが、光は1秒間で地球を7周半も周るほどの超高速です。

宇宙で最も速い光を単位にして、遠い天体までの距離を光年という単位で表現します。

例えば、太陽系から最も近い恒星系アルファ・ケンタウリまでの距離約4.6光年。

お隣りの恒星系ですら光の速さで4年半もかかりますので、いかに宇宙が広いかが想像できます。

また、SF映画やアニメなどのように遠い星までひとっ飛びで行けるようなことは、相対性理論の考え方からするとあり得ません。

これは、人類の科学文明がどんなに発達したとしても、光の速さを超えることは出来ないと相対性理論では言っているのです。



光の速度に近づくと周りに起きる変化

光の速度、もしくは光の速度に近い速さで動くと周りに異常と思える変化が起きると、相対性理論の中で解説されています。

まずは、光の速度に近づけば近づくほど空間が縮んで見えるようになるという事。

実際は光の速さに近い速度で動くことは出来ませんので、これを実証することは不可能ですが、理論上このような変化が起きるとの事です。

また、光の速度を時間の流れは相対的であるという事も提唱しています。

これはどういう事かというと、速度が速くなればなるほど、時間はそれに相対して遅くなるということで、例えば、地上で最速の音速ジェット機に長時間乗り続けると少しずつ時間は遅れてくるという発想になるのですが、最速ジェットといっても光の速さには遠く及びませんので、体感出来るほどの時間の遅れは発生しません。

この考え方を極論でいうと、仮に光の速さを超える事が出来たとしたら、光と時間が相対的な関係上、時間も逆行することになり、タイムマシンも造る事が出来るかも知れません。


知っておいてほしい相対性理論:「重力の謎」

この重力に関するアインシュタイン博士の一般相対性理論は、重力で構成される宇宙の構造には欠かせないモノです。

例えば、星(恒星)の構造も相対性理論から導き出されています。

アインシュタイン博士は、質量を持つ物質が重力によってエネルギーに変換さるという事を発見しています。

星の構成、つまり恒星の内部で発生している熱核融合反応は、物質(水素)が強大な重力によってエネルギー変換される原理を導き出しています。

また、ブラックホールで例えられるように、重力によって空間が歪むという事も提唱し、この理論だと直線に進む光さえも捻じ曲げてしまうそうです。

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相対性理論を詳しく解説している動画

何度も言いますが、天才・アインシュタイン博士が導き出した理論はとても難しいですので、良く理解出来ないかも知れませんが、以下でご紹介する動画を観れば参考になると思います。

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相対性理論によるアインシュタインの苦悩

アインシュタイン博士は、相対性理論から導き出したあるエネルギーの利用を示しています。

それが核エネルギーで、彼は不安定で崩れやすいウラン原子を核分裂させれば膨大なエネルギーを生み出せる可能性を提唱し、今後の人類のエネルギーとして平和利用できないかと考えていました。

しかし、そのエネルギーは原子爆弾として兵器に応用されてしまった。

これよって世間では「原爆をつくったのはアインシュタイン」という汚名が広まってしまいバッシングを受ける結果に。

アインシュタイン博士は原子爆弾の開発には一切関わっていませんが、きっかけを作ってしまったことを大いに後悔し、残りの生涯を自分の発表した相対性理論を含め、科学の発展に貢献した研究を戦争に利用されないよう反対し続けます。

そしてアインシュタイン博士がこの世を去る年の1955年。

博士とイギリスの哲学者・バートランド・ラッセル卿が中心となり、核兵器廃絶の訴えと科学技術の平和利用の宣言文「ラッセル=アインシュタイン宣言」を発表しています。