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Ｑ．
光の速さで進むと歳をとらないと聞いたのですが、本当ですか。
Ａ． 実は、時計を光の速さまで加速するには、無限大のエネルギーがいるので、 確かめようがないのです。ただ、地球上の観測者と、 地球に対して光の速さに近い速さを持つロケットを考えた場合、 ロケットの搭乗員の歳をとる速さは、観測者にとってゆっくりになります。 時間の進みが遅くなるのです。ロケットは光の速さにはなれませんが、 光の速さに近づくにつれて、時間の進みはどんどん遅くなります（時間が流れない状況に近づきます）。 |
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Ｑ．
光の速さに近い速さで進む人が手を動かしたとき、手が重たくて、ゆっくりしか動かせないのでしょうか。
Ａ． そんなことはありません。その人にとっては、普通に自分の時間が流れます。手が重たくなることはありません。 |
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Ｑ．
光の速さに近い速さで進む人の時間が、静止している人にとって、ゆっくり進むと言うことは、
光の速さに近い速さで進む人にとって、静止している人の時間は速く流れるということですね。
Ａ． ここが相対性理論の不思議なところで、光の速さに近い速さで進む人にとっても、 静止している人の時間はゆっくりになります。これが矛盾でないことは、 本文にて解説しております。 |
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Ｑ．
光の速さに近いロケットで移動すれば、ロケットの時間がゆっくり進むので、
搭乗員は、５００光年離れた星まで一生のうちにいけると聞いたのですが、本当ですか。
Ａ． 本当です。地球から見て、 地球の人の時間の進む速さとロケットの人の時間の進む速さを比較した場合、 ロケットの人の時間の方がゆっくり進むので、 十分速い速度のロケットに乗れば、搭乗員は一生のうちに５００光年先まで行けます。 |
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Ｑ．
光の速さに近いロケットで一生のうちに５００光年先の星に行くことができるとのことですが、
ロケットに乗っている人にとっては、普通に時間が流れるので、結局、
星に着く前にロケットに乗っている人は一生を終えるのではないのですか。
Ａ． いい質問ですね。 もしそうなら、確かに相対性理論が矛盾していることになります。 実は、ロケットに乗っている人にとっては、５００光年先の星までの距離が短くなります。 距離が縮むのです。これをローレンツ短縮といいます。 結局、ロケットに乗っている人は一生のうちに目的の星に到達できます。 その間に何歳歳をとるかは、地球から観測した場合と同じになります。 |
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Ｑ．
光の速さが、あらゆる運動をする人にとって同じであることが理解できません。
Ａ． 運動することによって、その人の時間が遅れ、ものさしが縮み、 離れた場所の同時刻が同時刻でなくなることを考慮すれば、 光の速さが、あらゆる速さで運動する人にとって同じであることは不思議でなくなります。 詳しくは本文にて、解説しております。 |
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Ｑ．
同時刻の相対性とは何ですか。
Ａ． ある人にとって、離れた場所で同時に二つの出来事が起こったものとします。 この二つの出来事は、その人に対して運動している別の人にとっては、 同時でなくなるということです。時間の流れは相対的で、かつ、場所応じても時間のずれが生ずるのです。 詳しくは本文にて解説しております。 |
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Ｑ．
同い年のＡさんとＢさんが、互いに高速ですれ違うものとします。
すれ違う際にどちらが年寄りか確認しあったとします。
Ａさんから見れば、Ｂさんの老化が遅れるので、
Ｂさんのほうが若いはずです。
Ｂさんから見れば、Ａさんの老化が遅れるので、
Ａさんが若いはずです。
これは、矛盾ではないでしょうか。
Ａ． 確かに、すれ違った際どちらが年寄りであったかは、 見る人によらない事実です。 仮に、すれ違った時、２人が同じ年齢であったとしましょう。 Ａさんにとって、 すれ違う前のＢさんの年齢はＡさんに比べてどうだったのでしょうか。 Ｂさんが列車の後端に乗ってＡさんに向かってきたものとします。 同時刻の相対性によると列車の後端の時計は先端に比べて進んでいます。 離れている時は、Ａさんにとっては、Ｂさんのほうが年寄りになります。 すれ違うまでにＢさんの老化が遅れるために、 出会ったとき同じ年齢になっているのです。 同様にＢさんにとっては、 Ａさんの方がすれ違うまでは年寄りなのです。 このように、同時刻の相対性によると、 離れている場所の出来事の時間的順序はみる人によって異なることがあります。 |
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Ｑ．
上の答えでは、すれ違う時同じ年齢であることを仮定してますが、
Ｃさんが静止していて、ＡさんとＢさんが、それぞれＣさんから左右に同じ距離だけ離れたところから、
Ｃさんに向けて同時に出発したとします。ＡさんとＢさんがＣさんの場所ですれ違う時、
時間の遅れの効果により、互いに相手が若いということになりませんか？
Ａ． 同時にということは、「Ｃさんにとって同時に」ということですね。 結論から言うと、Ｃさんの位置で、Ａさんの時計とＢさんの時計は同じ時刻を指します。 一見互いに相手の時間が遅れるので、矛盾をきたすようにみえますが、 Ａさんが出発時に加速度運動をすると、Ａさんにとって、Ｂさんの時刻は、急激に進みます。 これは、Ａさんの同時刻が変化する（Ｂさんの位置で未来になる）ためです。 同様に、Ｂさんが見てもＡさんの時計は急激に進みます。 その後、ＡさんとＢさんが等速運動に移れば、 今度は、Ａさん、Ｂさんとも、互いに相手の時間がゆっくり進みます。 結局Ａさんからみても、Ｂさんからみても、すれ違う時には、２人は同じ年齢なのです。 では、Ａさん、Ｂさんが加速し続けたら, 互いに相手の時間が進んで矛盾かと思われるかもしれません。 これは、加速するにつれて、相手の時間の遅れの効果が大きくなるため、 いつか相手の時間は、遅れ始めます。 結局、Ａさんが見ても、Ｂさんが見ても、 互いにすれ違う時、２人は同じ年齢になります。 |