アニメーションで見る相対性理論(数式なし版)

でき事の時間的順序って絶対?


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これまでの話では、時計あわせの翌日に 「北の時計が3時を指した出来事」と「南の時計が3時を指した出来事」は、 時計に対して静止している住人にとっては同時に起こった出来事であっても、 運動する隣人にとっては、同時に起こらないことを説明しました。 このページでは、運動する隣人のダイアグラムに、住人の同時刻線が引けることを説明し、 でき事(位置と時間の組でダイアグラム上では点で表される)の時間的順序が絶対的でないことを説明します。

図4を見てください。時計Xを住人が北と南の2つの時計の間にびっしりと配置します。 それらは、住人に対して静止しているとします。時計Xの時刻合わせは、 前ページの北と南の時計合わせの時に同時に済ませてしまいましょう。 時計Xで光の往復時間を測り、その半分を北の時計から通知された時刻に上乗せします。 図4から分かるように、隣人のダイアグラム上に住人の同時刻に対応する直線が引けます(赤線)。 時計Xが部屋の外に配置された場合に話を拡張しても、 住人の同時刻は直線(赤線)上にあることは明らかでしょう。

図4 住人の同時刻線

図5を見てください。南の時計が3時01分を指した出来事と、 北の時計が2時59分を指した出来事の位置と時間を黒点で表しました。 時計の指す時刻でわかるように、この出来事は、 住人にとっては北の時計が2時59分を指した出来事の方が先に起こります。 でも、図を見てください。隣人にとっては、南の時計が3時01分を指した出来事のほうが、 先に起こっています。

図5 時間順序逆転の例

このように、同時刻の相対性は、 出来事の時間的順序までが絶対的でないことを示しています。 ニュートン力学の世界観では、原因は結果に時間的に先行し、 見る人によって、原因と結果の時間的順序が入れ替わることがありませんでした。 図5でわかるように、2つの黒点を結ぶ直線は、光速を超えています。 時間的順序が相対的である2つの黒点(でき事)を結ぶ直線は必ず光速を超えます。 言い換えれば、光速を超えていなければ、時間的順序は絶対的です。 光速を超えない範囲にのみ因果関係が存在すると考えれば、なにも問題なさそうですね。


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