質量のあるものが、その質量がなくなって全てエネルギーに変わるとこれくらいになるよという式だということ。端的に説明をするならば、ある程度勉強した方なら、「質量保存則」と「エネルギー保存則」という言葉を聞いたことがあると思う。それぞれ、ある反応の前後で"質量"と"エネルギー"は、それぞれ保存されるという法則だ。これらの法則は実は間違っていて、質量がエネルギーに変身することもあり、逆にエネルギーが質量に変身することもあるのだ。「質量」と「エネルギー」は、それぞれ保存されるものではなく、「質量+エネルギー」ではじめて保存されるものだったということである*2。その実例は、実は原爆や原発など、非常に身近な部分に応用されている。相対論と原発・原爆の仕組み「HIROSHIMA・NAGASAKI・FUKUSHIMA」とアインシュタインが望んだ世界この記事を読んでで分かることこの記事では、[要請2]の光速度不変の原理を使って、[結果2]の“時間のずれ”について説明する。時間がみな一定でないというのは衝撃的だし興味を持ってもらえると思い、また解説が比較的楽だからだ。この記事を読み終えた段階で、もう少し数式をいじれば実は[結果1]の“距離の縮み”が説明できるが、それはコラムとして後日アップするこことにする。残念ながら、中学の知識のみでは[結果3]の質量と“エネルギーの等価性”については説明できない。相対性理論がなぜ相対性理論という名前なのかは、結果1や結果2のように、今まで「絶対的」だと思われていた「距離」や「時間」というものが人によって見え方がかわる。「相対的」なものだとしたからである。このページの頭で、相対性理論というのはほとんどがアインシュタインが独自に作り上げたと言ったが、実は相対性理論の元となる理論というのはほとんどできていたのだ。その元となる理論を、他の物理学者たちは距離や時間を「絶対的」なものだと考えていたので相対性理論を作り上げることができなかった。アインシュタインはこれらの元の理論に、柔軟な解釈を加えることで新たな理論を作り上げたということだ。どのようにして特殊相対論という理論ができたのか(未完成)そういった意味で「アインシュタインは人の理論をパクっただけじゃないか!」と批判をする人がいるがそれはお門違いである。コロンブスの卵と同じでこういった「人と違った視点を持てる人」ということが天才であり、また一般相対論まで体系化したのはほぼアインシュタインのみの力によるものだからだ。4.現象をイメージするための動画☆これらをイメージで表している動画があるので、参考として載せておく。ジャスト5分からアインシュタインランドという相対論の効果を極端に取り入れるた世界があり、上の結果のイメージをつくるのに役立つ。YouTubeちなみにこの動画内でも出てくるが、「空間が歪む」という現象は特殊相対論でなく一般相対論の内容となるので今回は割愛する。5.相対論の解説の準備いよいよ相対論の解説に入る。2つの要請を簡単に解説し、その後ある現象を考え、それをいじくりまわして結論に持っていくというやり方でいこうと思う。要請の1つ目だが実は中学レベルで相対論を解説する場合はスキップ可だ。使わないといえば嘘になるが、以下の内容は興味がある人だけ読んでもらえれば良と思う。慣性系...静止か、等速直線運動をしている世界のこと。僕たちがスタバの椅子に座って眺めている世界は慣性系の中の静止系という。等速で動いている電車の中の世界は慣性系の中の電車の系という。要請の「慣性系において」というのは、「僕たちがスタバの椅子に座って回りを眺めている世界」と、「等速で運動する電車の椅子に座っている世界」を考えてくれれば良い。これら二つは、片方は止まっていて片方は動いているのだが、両者の物理法則は同じであるということだ。スタバで上に投げたボールというのはそのまま自分の手元に落ちてくる。等速の電車の中で上にボールを投げても、電車の中の投げた人から見ればボールはやはり手元に落ちてくる。いった簡単な例からも、両者の物理法則は同じと言える。極端なことを言えば電車の中でも、電車が等速で動いている限り野球でもサッカーでも自由にできるわけだ。電車が動き出したり、止まるときは等速系でなく「加速系」になる[減速も、マイナスに加速と捉えます]「加速系」の中では体がぶれてとてもじゃないが野球はできない。光の速さは、どの慣性系から見ても変わらないこちらが非常に重要な要請である。要請1を読んでいない方のためにもう一度慣性系についての説明を加える慣性系...静止か、等速直線運動をしている世界のこと。僕たちが椅子に座って眺めている世界は慣性系の中の静止系という。等速で動いている電車の中の世界は慣性系の中の電車の系という。繰り返しになるが、要は「スタバの椅子から見える世界[静止系]と、「等速で動く電車の椅子から見える世界[等速度系]の2つのパターンを考えてくれれば良いということである。「光の速さは、スタバの席から見ても、等速で動く電車の席から見ても変わらない」ということになる。この文章で非日常的な疑問点が思いついていただけたであろうか。光というのは凄く速い。1秒で30万kmも進んでしまうのだから。スタバで座ってもしも光が通るのが見えたとしたら、それは30万km/時ですすんでいるだろう。とある科学者が、光と一緒に旅をしたいと思い、光と同じ速さがでる電車を作ったとしよう。電車も30万km/時で進むという非リアルなことを考える。その電車から乗って、30万km/時を維持し、同じスピードで進む光と旅ができるかと言ったらそれは否である。上の太文字文章から、スタバの席から見ても、電車の席から見ても、光の速さは30万km/時であるからだ。まとめると同じ光を「動いていないスタバの席」から見ても、「30万km/時で走り続ける電車の中」から見ても、どちらも30万km/時で光が動いているように見えるのである。これが要請の言いたいことで、光速度不変の原理と呼ばれる。*4この原理は「何で成り立つの?」と聞かれても答えられない。原理だから原理なのであり、理由はないのだ。ここにやたらと理由を求めることに意味はなく、とりあえずこの原理を認めると実用的な理論が出来上がるといったスタンスを持ってほしい。*6余談だがアインシュタインは、子どものころ「光」というものに興味を持ち、「光と旅をしたらどうなるのだろう」という夢をもったそうだ。6.相対論の解説いよいよ内容を解説していくよくある状況を考えるここからはアルファベットや数式が出てくるが、図を使ってできるだけ分かりやすくしているつもりなのでご了承願いたい。この宇宙船の中には人と光時計が入っている。光時計とは、図のように宇宙船の上と下とに鏡を貼り付けてて、その間を光が何度も折り返す。これが何回折り返したかの回数で時間を決めるというものだ。光を基準にした時計と考えてもらってよい。速度で、光の進む向きと直角方向に等速で動いているとする。