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buddhamidaの百寺巡礼
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【2005.12.02 Friday 】 author : スポンサードリンク | - | - | - |
特殊相対性理論 3
今回は、「双子のパラドックス」について書きます。
前回お話しした、「高速で運動する物体は静止している物体より時間がゆっくりと進む」を応用したときに起こるであろうと予想される現象についてです。

同時刻を指す時計をもった双子がいます。あるとき双子の兄は時計を1つ持って宇宙へ旅に出かけました。弟の方はその帰りを地球で首を長くして待っています。兄は光速に近いスピードで飛行する宇宙船で1年間宇宙旅行をして地球に戻ってきました。すると地球にいた弟はすでに老人になっていました。弟の時計を見ると、自分の時計と比べ60年以上も時が進んでいたのです。

この現象のことを「双子のパラドックス」「ウラシマ現象」と呼んでいます。
【2004.09.26 Sunday 14:00】 author : buddhamida | 特殊相対性理論 | comments(0) | trackbacks(0) |
特殊相対性理論 2
前回の最後に書いた例題の正解
2.光の速度で過ぎ去っていく
理由、どの観測者から見ても光の速度は一定のため。

前回、観測者の置かれた状態に関わらず光の速度は一定という矛盾が発生すると書きました。特殊相対性理論とはつまり、この矛盾のつじつまを合わせるための理論といってもいいかもしれません。
今日は特殊相対性理論がこの矛盾をどのように説明したのかを書きます。

速度を計測するためには、時間と距離が必要です。
今回、例としてあげるのは、天井に鏡の張られた高さ15万kmの透明な茶筒です。
光を茶筒の底辺より天井に向かって飛ばします、光の速度は秒速30万kmですからちょうど1秒で底辺に戻ってくることになります。
それではこれを2つの違う立場から観測しましょう。

茶筒内部にA君、茶筒を外から見てるB君。茶筒が静止している場合は状況が同じですが、光を天井に飛ばしながら茶筒を横に動かすとどうなるでしょうか。

A君の立場
茶筒がどんなスピードで移動してようと、底辺に垂直に光は移動しますので、静止している時と同じく光は1秒で底辺に戻ってくる。

B君の立場
移動している茶筒の光を彼からみると、同じく一秒で底辺に戻ってくるわけですが、二等辺三角形のような軌道になると思います。仮定で話したとおり、光が一秒間に進む距離は一定です。しかし茶筒の中の光は光が1秒で進める距離以上の距離を進んでいることになります。

光のスピードを一定とすると・・・
A君からみる光のスピード = 1秒分の働き
B君からみるA君の光のスピード = 1秒以上分の働き

A君が見ているのはB君の世界の光の様子ですから、B君の世界の時間の流れをA君の世界より遅くすると、茶筒の中の光の矛盾を解消できます。

つまり移動している物体中では、静止状態より時間の流れが遅いという結論になります(現実離れした速度での話ですので、一般生活では実感できない)。

説明がヘタクソなのでわかりづらいです^^;
ごめんなさい・・・。

次回はこの時間軸のずれが起こす面白い現象「双子のパラドックス」を書きたいと思います。
【2004.09.22 Wednesday 13:39】 author : buddhamida | 特殊相対性理論 | comments(0) | trackbacks(0) |
特殊相対性理論 1
特殊相対性理論って名前からすでに難しそうで敬遠しがちですが、実際の日常生活で体感できない現象のため、わかりにくいだけです。

まずは、特殊相対性理論の例を一つあげて簡単に説明します。
余計なことは考えずに単純に想像してみてください。

宇宙ステーションの周りを宇宙船が飛んでいます。宇宙船の中で宇宙船の進行方向にボールを投げます。ボールの速度を100、宇宙船の速度は1000とします。単位は気にせずに数値が大きければ速度が速いと思ってください。宇宙船の中から見るボールの速度は、単純に100。
それを停止している宇宙ステーションから見ると
宇宙船の速度1000 + ボールの速度100 = ボールの速度1100
ですよね。当たり前のことです。

同じことを「ボール」ではなく「光」でやると不思議な現象が起こります。
光の速さを10000と過程しましょう(実際は秒速30万km)。ボールの場合と同じ計算をすると、
宇宙船内から見る光の速度 = 10000
宇宙船外から見る光の速度 = 11000(光の速度 + 宇宙船の速度の為)
こういう結果になるだろうと想像できるでしょう。しかし実際の観測結果は、宇宙船内外どちらからみても光の速度は10000と観測されました。

この観測結果から相対性理論の一つ目の仮定ができます。それは
「光の速さは、観測者の移動の速さにかかわらず、一定である」
ということです。

この観測者と光の速度の矛盾した関係性を説明したものが特殊相対性理論です。続きはまた今度、まずはここまでを完全に理解してください。

例題をひとつ書いておきます。

「光に近い速度で飛ぶ宇宙船の横を光が並走するような場合、光はどのように観測されると思いますか?」

1.光はほぼ止まって見える
2.光の速度で過ぎ去っていく
3.光がだんだん速くなって見える
4.光がだんだん遅くなって見える
【2004.09.16 Thursday 16:11】 author : buddhamida | 特殊相対性理論 | comments(1) | trackbacks(0) |
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