なぜ相対性理論は面白いのか

時計の遅れ

相対性理論の面白さの第一は、時間に対する不思議です。
運動する時計が遅れる・・・
あれ？　運動しているかどうかは基準があって始めて決まるのでは・・・
ということは、Ａという時計とＢという時計があって、
時計Ｂが時計Ａに対して運動していれば、時計Ｂが遅れるけど、
これは、運動している時計Ｂから見ると時計Ａの方が運動しているので、
時計Ａの方が遅れるの？？？
互いに相手の時計が遅れるなんて・・・

確かに不思議な話ですよね。
でも、ここで相対性理論は間違っていると思わないで下さい。(笑)
時計が遅れるって、どういう基準で比較しているのでしょう。
ニュートン力学では、確かに時間は誰にとっても共通とみなすので、
訳が分からないのは、あたりまえなのです。
ニュートン力学には、神の視点というか、絶対的な同時刻が存在しています。
誰にとっても共通の同時刻、これがもし「そんなものはない」ということであれば、
どうでしょうか。
時計が遅れると言った場合、どういう基準で比較しているのかが大切なのです。
ここの部分がクリアできれば、相手の時計が互いに遅れることが全然不思議でなくなるのです。

双子のパラドックス

双子の兄弟が居て、兄が高速ロケットで、遠くの星まで往復運動をするとします。
例えば、光の速さで往復１０００年かかる距離を運動します。
ロケットは光の速さより遅いのですが、兄は、一生の内に地球に帰ってきます。
しかし、地球では、当然のごとく１０００年以上の時が流れ、
兄は、弟のお墓を目にします。
兄の時計は遅れているのです。

ところが、いろんなことを考える人がいます。
そういう人は、運動が相対的なものであり、
どちらが運動しているかは決定できないことを知っています。
つまり、地球の弟から見て、兄が折り返し運動をするなら、
ロケットの兄から見ても、弟の居る地球も同様に折り返し運動をするはず。
したがって、兄から見た場合も弟の時計が遅れ、
この立場からは、兄が地球に帰還したとき(地球がユーターンして兄に到着した時)、
兄が亡くなっていて、弟が若いはず。
こんなことがあるわけがないと・・・

地球の弟から見て兄の時計が遅れる・・・
何を基準にしてそういえるのでしょうか。
ここを明らかにしなければいけません。
これは、弟の同時刻の世界が基準となっていて、
この基準は、変化しません。

では、ロケットの兄から見て弟の時計が遅れるのは、何を基準にしているのでしょうか。
当然、兄の同時刻の世界であるべきです。
これは、弟のものと異なっています。
また、これはユーターン時に同じに保たれるのでしょうか？
さらに、果たして兄弟の運動は対称でしょうか？
兄が出発した後、地球の弟にとって一年後に兄がユーターンしたとします。
この時、兄の時計は一年を刻んでいるでしょうか。
全然対称ではありませんね。

双子のパラドックスに安寧するためには、
どうしても時空の概念を確立しなければいけません。
そして、離れた時計の時刻を比較するとはどういうことなのかを、
知らなければいけません。

本書では、そこの部分も徹底的に解説しています。

以下、工事中。