アインシュタインの相対性理論の 100 年

1999年、タイム誌はアルバート・アインシュタインを「20世紀を代表する人物」に選んだ。同誌は強調すべき功績の中で、同氏が「科学が顕著な時代の著名な科学者」であったと指摘した。おそらく彼の最も重要な発見は、一般相対性理論* が今日で 1 世紀を迎えることです。

1915 年 11 月 25 日、アインシュタインは、世界を変えることになる 10 の数学方程式のシステムを明らかにした科学要旨である論文「Die Feldgleichungen der Gravitation*」を発表しました。この研究は、ベルリンのプロイセン科学アカデミーでの相対性理論の発表と同時に行われた。

相対性理論とは何ですか?

「アインシュタインは、完全に客観的で誰にとっても同じ自然法則（物理学だけでなく）が存在すると仮定しています」とマドリードのコンプルテンセ大学の理論物理学教授**アントニオ・ドバド**は説明します。これが相対性原理として知られているものです。ガリレオによって導入されたこの原理により、客室乗務員が飛行中に食べ物や飲み物のトレイを提供することがどのように可能であるかを説明することができます。この場合に研究する基準系は、一定であると同時に驚くべき速度、つまり時速約 1,000 キロメートルで移動する飛行機です。相対性理論はちょうど 1 世紀前の 1915 年 11 月 25 日に広められました。

乱気流がある場合、当社の基準システムでは速度が一定ではないため、旅行者にサービスを提供できなくなります。したがって、飛行機内でのこのような高速移動を乗客や乗務員が認識できないようにしているのは、ガリレオの相対性原理です。しかし、日常的な例として飛行機、電車、車などの基準系をさまざまな視点から分析するとどうなるでしょうか?ドバド氏は、「異なる位置や運動状態にある異なる観察者がこの現実を異なる方法で認識することは明らかである」とコメントしている。

ここで電車について考えてみましょう。人物 A -Alberto- がホームに配置され、人物 B -Belén- が走行中の車両内にいます。アルベルトが懐中電灯をつけてベツレヘムに到達する光の速度を計算すると、その速度は秒速 300,000 キロメートルに相当します。逆に、ベレンが同じ計算をすると、列車の速度に光の速度 (秒速 30 万キロ) を加算する必要があります。光の速度は同じではなく、理論的には不可能です。

マドリードにいる人物 A -Alberto-、バルセロナにいる人物 B -Belén-、そして馬車の中にいる人物 M -Maria- を考えると、この例はさらに複雑になります。アルベルトとベレンが懐中電灯をつけて、M が速度を計算した場合、同じ問題が再び発生するでしょう。アインシュタインは、各基準系 (つまり、アルベルトの場合はマドリードのプラットフォーム、ベレンの場合はバルセロナのプラットフォーム、マリアの場合は馬車) に特定の時間と距離が与えられていることを発見しました。つまり、時間と距離の概念は、これまで信じられていたような絶対的な概念ではありません。

時間と距離の概念は、過去に信じられていたような絶対的な概念ではありません。1905年にアインシュタインは、「一定の速度で移動するいわゆる慣性観測者がどのように観測値を比較すべきか」を説明する特殊相対性理論を導入しました。 」と UCM 教授はコメントしています。アインシュタインは、真空中の光の速度は観察者のアルベルト、ベレン、マリアで同じであるべきだと提案しました。これは力学と電磁気の法則の絶対的な性質から得られた考えです。これらの理由により、「オブジェクトの長さとプロセスの継続時間は相対的な特徴を持つ可能性がある」、つまり、それらは観察者ごとに異なるはずです。 「しかし、理論は各人が異なる動作状況で何を観察するかを正確に予測するため、相対的というのは恣意的なものを意味するものではありません」とドバド氏は強調する。

10 年後、ドイツ生まれの物理学者は、冒頭で述べた一般相対性理論を導入しました。アントニオ・ドバドが主張するように、「その中で彼は特殊理論を加速度や回転などの任意の相対運動に拡張し、またニュートンの理論を超え、ガリレオの相対性原理と互換性のある新しい重力理論を定式化した。」

科学的および社会的革命

言い換えれば、アインシュタインの相対性理論は、究極の現実がすべての人にとって同じであり、客観的であることを保証するために、さまざまな観察者がそれぞれの異なる観察をどのように対比させなければならないかを教えてくれます。」 このようにして、物理学者は**互換性のある重力*の概念を作りました。 * 1905 年の特殊相対性理論を使用。相対性理論は重力の概念を消滅させ、時空の曲率の概念を導入しました。

1915 年の相対性理論は重力の概念を排除し、時空の曲率として知られる別の概念に置き換えました。ドバド氏によれば、その研究は「物理学にとって革命を意味した」という。空間と時間は、アプリオリに与えられた絶対的で静的な存在ではなくなり、宇宙の残りの物質やエネルギーと相互作用する動的な物体になりました。

一般相対性理論によれば、物質は時空を歪め、その歪みは、重力相互作用を認識する他の物体に到達するまで、波のように光速で伝播する、とコンプルテンセ大学の研究者が語った。マドリッド。しかし、このような時空の湾曲をどのようにして想像できるでしょうか?アントニオ・ドバドは、重力がなければ「空間はテーブルの表面のように平らになる」と説明しています。一方、重力が存在すると、「空間は風船や鞍の表面のように湾曲するでしょう」と彼は指摘します。

アインシュタインは「すべては相対的である」とは言っていない一般に信じられていることに反して、アインシュタインが「すべては相対的である」と言ったのは誤りです。ドバド氏によると、このフレーズの同化は「それを使う人の文化科学的レベルが低いことを物語っている」という。 UCMの科学者は「相対性理論という名前はあまり幸運ではなかった。わが国に多くいるような科学的訓練を受けていない人々の間で多くの混乱を引き起こしたからである」と主張している。

相対性理論は物理現象を理解するために不可欠です。しかし、1世紀前に発表されたこの記事が示した革命は、科学的知識を超えたものでした。 「それがなければ、私たちの周りで起こっていることはほとんど何も理解できなかったでしょう」とドバド氏は言います。しかし、 GPSも楽しめません。 2015 年にノーベル物理学賞を受賞した梶田隆章氏は、「アインシュタインが相対性理論を提案したとき、それが役に立つとは誰も考えていませんでしたが、100 年後、この理論がなければ私たちは GPS を使用することができなかったでしょう。」と説明しました。このシステムは「ニュートン理論に対するアインシュタインの修正を考慮しなければ、このような精度を実現することはできなかった」とドバド氏は結論づけています。