相対性理論の入門の入門

社内LT会で発表した内容

Transcript

1. 相対性理論の入門の入門
2. いきなりですが、あなたは自転車で車を追いかけました。 自転車から見た車の速度は？ 60 10 自転車から見た車の速度は 60-10=50 これを相対速度といいます。
3. でもある不思議な物質を追いかけようとすると、、、 10 30 ? 30-10=20 30 29.999 30 ? 30-29.999=0.001 30
4. ある物質とは、光です。 これを光速度普遍の原理 といいます。
5. 直感にあいませんよね？不思議ですよね？？ 当たり前のことが成り立たない、 ということはどこかが派生しておかしなことがおこるはず です。 今日はそれらについて話していきたいと思います。
6. そもそも、我々というのは 物理定数がある値の宇宙の！ 数千億ある銀河の中の一つの！ 数千億ある恒星の中の一つの！ 太陽からちょうどこれぐらい離れた！ 地球！というあまりにも限定的な状況で進化した生命体です！ そこで培われた直感がバイアスだらけでないわけがない！！！ 謙虚になりましょう。我々ごときの直感・感覚がこの宇宙・世界をうまく感じ られているはずがないと。
7. いいですか？光速度普遍の原理は事実なんです。 もう受け入れてください。 そうすれば、世界をより正しく認識できるのですから。
8. そもそも速度ってなにかというと、 ある時間で進んだ距離(空間)で表されます。 速度は二次的に決まるものであると習います。 速度 = 距離/時間
9. しかし、光に関してはその速度が先に決まってしまっている んです。 となると、辻褄あわせのために空間と時間におかしなことがおこります。 このため、相対性理論は時空の物理学 と呼ばれたりもします。 速度 = 距離/時間
10. 思考実験を行いましょう。めちゃでかい宇宙船を用意します。 光時計というものを置きます。1秒かかります。 これを地球から観測しましょう。 A B 1秒
11. 光速度cが一定なのでまず速度が決まります。 A Bさんが見た光の軌跡 V 速度c 速度c (普通なら√(c2 + V2))
12. この長さで1秒、てことはこの長さは長いから、、、、 はいそういうことです。地球から見ると1秒以上かかっているんです！ 速度c 1秒 速度c 1秒以上かかっている！ 宇宙船Aさんの方が、時間の流れが遅い！！
13. 光速度普遍の原理だけを認めるとこんなことが起こるんです。 早い乗り物である電車でどの程度遅れるか計算してみましょう。 という感じで、ほぼ変わりません。 我々の一般的な生活には影響を及ぼさない →気付かない →相対論を介さない形の直感が形成される ということなんですね。
14. 注意として、fkubotaは専門は物性物理学(とくに強相関電子系)が専門であって相 対論は素人といってもいいレベルです。 今回も、本当はもう少し厳密に、慣性系の話とか、特殊相対性原理だとかを話すべ きなんですが、面白さをコンパクトに伝えるべくなくなく省いています。
15. 今日できなかった話。 - 空間も縮んだりするよ - 光の早さにどんどん近づいても絶対に追いつけないってことは、そのエネル ギーはどこにいくの？→質量に変わります。(E=mc2) - 光は質量0なのに、重力で曲がるの？→曲がります！一般相対性理論の出番 ですね！ - 光時計の例、宇宙船じゃなくて地球に光を置いたら逆のことが起こらない？→ なんていい質問！！これは双子のパラドックスです。時間のずれを確かめる ために合流した場合、宇宙船は逆方向に向く、つまり加速しているので特殊相 対性理論の枠組みだけでは話できないんです！ - 相対論て役にたつの？→GPSの計算に使われてますよ！だからgooglemap を使うたびに思い出して感謝しましょう！
16. もう少し勉強したい人に。 本を紹介。
17. どうですか？たのしかったですか？ 我々が生まれ落ちたこの世界、知らずに死ぬのは勿体無いと思いませんか。 物理学を学べばこの世界はきっともっと美しく思えるはずです。