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こんなところに使われていた「相対性理論」

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「相対性理論」といっても、やくしまるえつこ率いるバンドのことではありません。

20世紀最大の物理学者と言われるアルバート・アインシュタインが1905年に発表した、古典物理学の理論です。

相対性理論は、それまで絶対的とされてきた「時間」は、実は相対的なものという理論。「光速(約30万km/秒)は最速」であり「光の速度は他の一切の影響を受けない」という前提のもとに成り立っています。

物理学や数学など、理系の専門にしていた方にとっては馴染み深いものでしょう。それ以外の方でも、一度は「相対性理論」という言葉を耳にしたことはあるのではないでしょうか。

相対性理論を簡単に解説

「相対性理論」は「特殊相対性理論」と「一般相対性理論」があります。前者と後者では、後者のほうがより複雑になります。

「特殊相対性理論」をわかりやすく解説すると、「時間の長さは人それぞれ異なる」ということ。「光速に近づくほど時間は遅く」なり、「光速に近づくものほど短く見え」、「光速に近づくほど質量は重くなる」というものです。

「一般相対性理論」は、「特殊相対性理論」に重力などを加味したもの。「重いものの周りでは時間は遅くなる」「重いものの周りでは空間が歪む」とされています。

一見「?」な印象ですね。「相対性理論なんて物理学者が研究のために使うものであって、一般の人にはあまり関係ない」と思われる方もいることでしょう。

確かにその通り。別に相対性理論のことを知らなくても、我々は日常生活をいつも通りに送ることができます。

しかし、この相対性理論を応用したものが身近にあるとしたら、ちょっと興味が湧いてきませんか?

こんなところに「相対性理論」

相対性理論が活かされている技術。それは「GPS」です。

GPSは人工衛星からの電波を受信して、現在地を特定しています。GPS衛星には時計が搭載されていますが、この時計が正確に動いているからこそ、確度の高い位置情報を得ることができます。

さて、どこに相対性理論が使われているのでしょうか。

GPS衛星は、約1万4000km/時という高速で移動しています。これを特殊相対性理論にあてはめると、「光速に近づくほど時間は遅く」なります。

一方、GPS衛星は地球上の高度約2万kmを飛んでいます。高度が高くなるにつれて地球の重力の影響が弱まるため、一般相対性理論の「重いものの周りでは時間は遅くなる」の逆、「重いものから遠くなるに連れて時間は早くなる」という現象が起こります。

GPS衛星には、「時間が遅くなる」と「時間が早くなる」という2つの現象が起きていることになりますが、実際には「時間が早くなる」という現象のほうが影響が大きいため、GPS衛星の時計は進んでしまいます。そのずれは1日あたり30マイクロ秒(0.00003秒)。一見、たいしたことがないずれに思えますが、このずれにより位置情報は1日に10km近く誤差が出てしまうのです。

そこで、GPS衛星の時計はこの誤差を自動的に補正する機能が搭載されています。つまり、相対性理論がなければ、この誤差は放置されたままになってしまい、GPSのいち情報はずれにずれまくってしまい、実用的なものではなくなってしまうのです。

日常生活で見られる「相対性理論」

このほか、「金」が金色に見えるのも、水銀が金属なのに液体である理由も、相対性理論で説明がつきます。

また、宇宙の始まりと言われているビッグバンや、すべてを吸い込んでしまうブラックホールも相対性理論により説明できます。そして、原子爆弾や原子力発電も、相対性理論を使った技術なのです。

一見、自分には関係のなさそうな相対性理論ですが、意外と身近なところで活かされています。

しかし、「時間が早く(遅く)感じる」「長さが変わる」などは、地球上で人間が感じられるレベルのものではありません。宇宙規模になって初めて確認できるものです。でも、相対性理論の影響は、確実に私たちの身の回りに起きているようです。

自分では感じられないけれど、宇宙規模では影響を及ぼすもの。そういうものを解明するというのは、たいへんロマンがありますね。

アインシュタインはこう言っています。

世界についてもっとも理解できないことは「世界が理解可能」だということである。

(『相対性理論 ─まんがで読破─』より引用)

そう、我々が生活しているこの「宇宙」は、まだまだ理解できないことがたくさんあります。何かひとつ解明されれば、新しい謎が生まれる。そう、世界は謎ばかりなのです。

アインシュタインはそれがわかっていたからこそ、過去の法則などから生じる疑問を突き詰めて、相対性理論を発表。しかし、それも完全ではありません。相対性理論が生まれたことにより、新しい謎も生まれています。

謎が謎を呼ぶ。まさに私たちが生きるこの世界はミステリーなのですね。

(文:三浦一紀)

相対性理論 ─まんがで読破─

著者:アインシュタイン(著) Team バンミカス(絵)
出版社:イースト・プレス
古代ギリシアの自然哲学にはじまり、長い歴史の中で科学技術を発達させてきた人類。その20世紀最高峰とも言われているアインシュタインの『相対性理論』によれば、光速に近づくほど我々の時間は遅れ、物体は縮むと言われているが…? この常識を覆すかのような理論がどのように導きだされたのか…? 超難解な物理論文を漫画化。

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