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暦Wiki

相対性理論†

相対性理論または相対論とは、20世紀の初めにアインシュタイン(Albert Einstein)が提唱した、ニュートン力学を拡張する力学理論です。
- 光速に近い速さでの運動を記述できる特殊相対性理論と、重力の強い空間での運動を記述できる一般相対性理論とに大別できます。
- 逆に、速度が遅い、あるいは重力が弱い条件下では、ニュートン力学の結果と一致します。したがって、そのようなケースではニュートン力学で考えれば十分ということになります。

特殊相対性理論 (Special Theory of Relativity)†

1905年に発表された特殊相対性理論では、特殊相対性原理と光速度不変の原理を軸に、慣性系での運動を記述します。
- 特殊相対性原理とは「すべての慣性系において物理法則は同じ形で表現される」という原理です。
- 光速度不変の原理とは「真空中の光の速さはどの慣性系においても変わらない」という原理です。
この2つの原理に従えば、ある慣性系での運動を別の慣性系での運動に変換するにはローレンツ変換が必要になります。
- したがって、時間と空間はバラバラに扱うことはできず、1つの時空として表現する必要があります。
- 座標系に対して静止した時計の示す時刻はその座標系の固有時 (proper time) と呼ばれます。
ほかにも、さまざまなことが導かれます。
- 運動する時計の示す時刻は静止している時計の時刻よりもゆっくりと時間が進む。
- 光速に近づくことはできても、超えることはできない。
- 質量とエネルギーの等価性 E＝mc²

一般相対性理論 (General Theory of Relativity)†

1914年から1916年にかけて発表された一般相対性理論では、一般相対性原理と等価原理を軸に、重力下での運動を記述します。
- 一般相対性原理とは「すべての座標系において物理法則は同じ形で表現される」という原理です。
- 等価原理とは「重力の働きと加速度の働きは局所的には等価である」という原理であり、重力の働く空間で自由落下する座標系は局所的に慣性系とみなすことができます。
一般相対性理論からもさまざまなことが導かれます。
- 重力の強い場所ではゆっくりと時間が進む。
- 物質だけでなく、光も重力によって曲げられる。重力レンズの存在。
- 重力赤方偏移*1の存在、太陽塔望遠鏡
- ブラックホールの存在 (イベント・ホライズン・テレスコープ)
- 宇宙の膨張 (宇宙図)
- 重力波の存在 (重力波プロジェクト推進室)

関連ページ†

*1 竹田洋一, 重力赤方偏移と精密視線速度測定, 天文月報第106巻第9号

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Last-modified: 2017-08-31 (木) 18:36:37