みならい化学屋の実験室

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アインシュタイン物理学~相対性理論とは?~


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さて、アインシュタインをご存知だろうか

1879年に生まれたドイツのユダヤ人化学者である。

現代物理学の父とも呼ばれるほどの大きな業績を残した方だ。

その数ある業績の中でも今回は相対性理論について解説していきたい。

相対性理論

相対性理論とは特殊相対性理論一般相対性理論の総称である。

特殊相対性理論とは?

その前にまずマックスウェル方程式の説明をさせて頂きたい。

マックスウェル方程式は19世紀初頭当時に観測されていた電磁気現象を説明できる方程式であった。

しかしながらこの方程式はエーテル*1

と呼ばれるものに対して静止した一つの慣性系を説明しているとしていた。

その為、科学者たちはエーテルに対して運動している電磁気現象について

マックスウェル方程式とどうかかわっているのか疑問に思い推論したものの検証性にかけるものばかりであった。

ここでアインシュタイン特殊相対性理論が出てくる。

これは「特殊相対性原理」*2

「光速不変の原理」*3によって運動している電磁気現象をマックスウェル方程式に帰着させる理論である。

この理論によりエーテルの存在は否定されており、その結果として磁場は電場の相対性効果であると言うことが示唆された。

これは電気が流れている電線の回りに磁場が生じることなどから検証されている。

ちなみに”特殊”というのは一般相対性理論と区別するためにつけたようである。

一般相対性理論とは?

一般相対性理論とは特殊相対性理論加速度*4

重力場*5の概念を加味したものだ。

つまり相対論より、空間は時空連続体、つまり時間と空間が四次元時空として存在し、重力は時空が物質の存在により歪められたものであるということである。また、その観測者の運動速度によって時間の進み方も異なることも示されている。

簡単に言うと時間と空間は別ではなくリンクされているという考え方だ。

これにより「重力レンズ効果*6」や重力の強さによる時間の遅れなどが予測されている。

まとめ

以上が相対性理論の説明となる。

相対性理論量子力学とともに現代物理学の礎である。

もし、興味のある方はそれぞれの理論に関係する式、例えばマックスウェル方程式を調べてみるのも面白いかもしれない。

20151120 追記

ニュースリンクが切れたので内容を改変しました。

*1:電場と磁場を媒介する物質

*2:電気力学と工学が力学の成り立つすべての座標で成り立つということ

*3:光は真空中を光源の運動に関わらず一定の速度で伝わっていく

*4:単位時間当たりの速度の変化率

*5:重力が働いている空間のこと

*6:重力場中において光が直進せず、曲がってしまうこと

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