光速で物を投げるという仮定
本日もまたまたホンシャカの話。
1回目、2回目、3回目、4回目はこちらから。
今回は光速不変の法則に関しての話から始めていきます。
アインシュタインは「この世で一番早いのは光だ」と提唱しました。
提唱までの経緯は以下のような感じ。（光速度不変の原理）
長いんで飛ばしてもらっても構いません。
アインシュタインは手鏡に自分の顔を映しながら光速と同じ速さで走ったら、鏡に自分の顔が映らなくなるのだろうかと考えました。
当時、光は空間を満たすエーテルという仮想の媒質を伝わると考えられていました。
つまり、光速とは光がエーテルを伝わる速さと考えられていたのです。
アインシュタインは自分も手鏡もエーテルの中を光速で進んでいるのだから鏡には自分の顔が映らなくなるだろうと考えてみましたが、このことが当時知られていた物理の法則に矛盾することに気がつきました。
〜中略〜
手鏡に顔を映しながら、光速と同じ速さで走ったとき、手鏡も自分も同じ速度で動いているわけですから、自分が動いていることに気がつくことはできないはずです。
このとき、自分も手鏡も光もエーテルの中を光速で進むわけですから、自分の顔から出た光は鏡にたどりつくことができません。
顔から出た光が鏡に届かなければ、その光が鏡で反射することもないので、鏡には顔が映らなくなります。
鏡に顔が映らなくなるということは、自分が動いていることがわかるということです。
アインシュタインは光速で走ったときにだけ、自分が動いていることがわかるというのはおかしいと考えました。
そして、エーテルの存在を否定し、光にはガリレオの相対原理は通用しない、つまり光速は観測者によらず、いつも同じ大きさであると考えました。
様々な科学者が「光より速いものあんの?」と、疑問を持ちながら実験をしたりしたのですが、「どうやら光より速いものはないらしい」という感じになったそうです。
しかも、光は速すぎて何にも邪魔されず速度は一定であるという結論にも至りました。
こういう話をしている途中で、ちょいちょい入ってくるわんぱく差し入れ。
今回は、ソース焼きそばwww
そもそもスパイシーカレー食べて、クリームソーダ飲んでて、そこにソースカツ丼まで来てるのに、ソース焼きそばwww
奥田「このままいったら、わんぱくやと思われすぎて、最後『ミロ』くるぞwww」
本当にきそうで笑うw
閑話休題
ここで、はるさんから「そもそも、光の速度ってなんですか?どれのことを言ってるんですか?」という質問が。
光というのは、重さはないけど物質として存在しています。
光をパッとつけると、めちゃくちゃ速く移動しています。
蛍光灯をつけるとすぐ明るくなるのは、「光ったものを全部視認できるように、人間の目は作られている。光は秒速30万km進み、そのスピードで光が物にぶつかるが故に、パッと明るくなったように見える。」という原理のようです。
ちなみに、光は1秒で地球7週半するらしいです。
で、冒頭にちょろっと話した「光より速いものあんの?」という科学者の疑問の部分になるのですが、ここで、アインシュタインが「光が一番速いことにします!!!」と仮定・提唱をしたようです。
ただ、この仮定をしたことで、一つ問題が出てきました。
そうです、4回目でお話した「大谷さんが投げた球のスピードに新幹線の速さが乗っかる」という話が関わっています。
大谷さんが、光の速度で光を投げることができると仮定します。
マウンドで大谷さんが光を投げた場合、大谷さんから見ても周りで見てる人からしても、光の速さで見えます。
この大谷さんが新幹線の中で光を投げた場合、どうなるでしょうか…??
大谷さんが光を見たとき、球は当然光の速さで動いていくのが見えます。
しかし、新幹線の外から大谷さんが投げた光を見た場合、前回の話のままであれば、光の速さに時速300kmの新幹線のスピードが上乗せされます。
しかし、先ほどアインシュタインが提唱した通り、光の速さが物質の移動速度の中で一番速いと仮定した場合、大谷さんの投げた球は光のスピードを超えてしまいます。
では、この光の速さを超えたスピードは一体なんだろうか…?どうなるのだろうか…?となります。
アインシュタインは、「この場合は、時間が遅くなります!!」と言います。
この時期までの科学では、「時間は常に一定である」と思われていました。
でも、そもそもそれは誰が決めたのだろうか…?という疑問が出てきます。
この辺、確か詳しい話は説明されてなかったんで、気になってちょっと調べました。
時間は常に一定の速さで流れるもの
クリスチャン・ホイヘンスが1656年頃振り子時計を完成させ、その後、より正確な機械式時計が普及するにつれて、「時間は常に一定の速さで流れる」という概念が定着していきます。
それを、常識として一般に定着させたのが、イギリスの科学者アイザック・ニュートンです。
彼が1687年に発刊した「自然哲学の数学的諸原理」という本で導入した概念は、「宇宙のどこに置かれていても、すべての時計は、無限の過去から無限の未来まで変化せずに同じペースで同じ時間を刻む」、そして「空間はどこも均質で、無限に広がっている」というものでした。
この「絶対時間」と「絶対空間」をもとに打ち立てたのが、いわゆる「ニュートン力学」で、その後の科学者に大きな影響を与えました。
後にアインシュタインによって、非常に高速に移動している時のような特殊な環境下では、必ずしもこの考えが成り立たないと否定されてしまいますが、時間の概念を科学的に定着させる上では、最も有名な理論で、現代人の時間観には、未だこの考え方が支配的です。
…という感じですね。
そもそも、今定義されている1年って、4年に1回1日増える「うるう年」なるものがあるんですよね。
それがある時点で、「いや、正確じゃないやん！」って話なんですけどねw
アインシュタインは「光が一番早いのであれば、周りが辻褄を合わせろよ」という考えになり、結果「光以上のスピードが出た場合は、時間が遅くなる」という結論になりました。
光速で投げられた球は大谷さんから見て光速。
新幹線の外から見たら光速＋時速300km。
そのオーバーした時速300km分、時間がゆっくり流れていれば、到達したときが一緒になる。
という理屈ですね。
アインシュタイン「速く動くやつは時間、遅めです。」
ウサイン・ボルトが100m走ってる時とかは、みんなより10秒がちょっと遅い、みたいですね。
これを実験しました。
同じ時間に合わせた腕時計を普通に働いている人と、年間何万フライトする人に着けました。
飛行機、めっちゃ速いですからね。
実験にはうってつけってやつです。
結果は、同じ期間つけさせたら、飛行機に乗っている方の腕時計が遅れてたようでした。
この実験で、速く動く人のほうが、時間が遅くなるということが証明されました。
何がすごいってこれが実証されたのが、アインシュタインが亡くなってからという点ですね。
アインシュタインは、これを頭の中で全部完結させて推測してたってことですよね、やばすぎる。
「速度が不変なのであれば、時間が都合を合わせろ」
本当にすごいパワーワードですね。
でもあってんだから、なおのことすごい。
今回はここまで。
めっちゃ期間が空いてしまって申し訳ないです。
また、期間が空いちゃうと思いますが、ぼちぼちまとめつつ、書いていきます。