特殊相対性理論について 数学全く分かりません。 なので分かりやすくお願いします。 小学生にもわかるよ

特殊相対性理論について

数学全く分かりません。
なので分かりやすくお願いします。
小学生にもわかるようにお願いします
専門的な言葉も使わないでいただきたいです。
まず、光の速さは誰から見ても変わらない。
ここまでは分かります。

次からがよく分からないのですが、物のスピードが速くなればなるほど、時間が遅れる、のはなぜですか？

ここだけがどんだけ調べても理解できませんでした。
光の速さは変わらない、だから速く動くものは時間が遅れる･･･

ちょっとそこの因果関係がイメージでは全く結び付けられませんでした。
あくまでもイメージしやすく解説していただきたいです。

ちなみに数学は苦手科目で全くできません。
そこを踏まえてお願いします。

質問者からの補足コメント

• よく、宇宙船の中で光を放つのをイメージの例で挙げられますが、宇宙船の外から宇宙船の中の光を見ると、光が斜めに進むから到達が遅くなる･･･
  
  これは理解できますが、なぜ斜めに進むと遅くなるのでしょうか…
  
  宇宙船がものすごい速さで横に移動しているから、それを空間が処理しきれていないんでしょうか？
  
  よく、速く動くプロペラなどを見ていると、止まっているように見えることがあるじゃないですか？
  
  あれと同じ感じで、速く動けば動くほど、見ている我々（観測者？）の処理が追いつかないから距離も時間も遅くなる…
  
  のでしょうか。
  
  ゲームも同じですよね。
  キャラクターが速く移動すればするほど、処理できずにマップが読み込まれず、カクカクして遅くなる…
  
  でも実際移動している側からの視点だと、今度は周りの景色が止まっているように感じるのでしょうか…

    補足日時：2022/11/23 17:57

• endlessriverさん
  
  ＞何が分かる？
  光の速さは一定（光速度不変の原理）ということです。
  質問文にも書いてありますね（笑）
  
  ＞何を調べたか？
  特殊相対性理論についてです。
  「光の速さは誰から見ても同じ」であることの実験例や例えを調べました。Youtubeでも特殊相対性理論の解説動画を見ましたが、それを見ても全て理解できたわけではありません。 だからこうやって質問してるのです。
  
  ＞小学生は数学は習わない。
  算数ですね。
  重箱の隅をつつかれても困りますが。
  
  追記事項は以上です。

    補足日時：2022/11/23 18:29

• puyo3155さん
  
  ご満足ですか？

    補足日時：2022/11/23 23:06

• puyo3155
  
  なぜこんな冷たい言われ方をしなければいけないのでしょうか？
  数学ができないと分からないですよ。と優しく回答することはできないのでしょうか？
  根っから否定して粗探ししてるだけにしか思えません。
  他に言うことはございませんか？ご満悦ですか？

    補足日時：2022/11/23 23:07

• puyo3155
  
  どの慣性系にいる観測者から見ても光速度は一定なのは分かりますよ。 いちいち細かいですね。
  分かりやすく「誰から見ても」と表現してるだけです。
  
  ＞それまでの物理の常識から考えると…
  これも分かりますよ。
  今までは時間と距離は絶対的なものだったから、光速度が不変という事実が物理学にとってあり得ない、受け入れ難い事実であった、それも分かりますよ。
  
  数学が分からなくてもイメージで解説しているサイト･動画はいくらでもあって、いくらでも理解することは可能ですよ^ ^

    補足日時：2022/11/23 23:12

No.13 回答者： gyakutennzizou 回答日時： 2022/11/30 22:50

貴殿のお気持ちは、理解出来ます。

＿
「次からがよく分からないのですが、物のスピードが速くなればなるほど、時間が遅れる、のはなぜですか？

ここだけがどんだけ調べても理解できませんでした。」
＿＿＿＿
↑　まったく、貴殿の意見は正しいです。
①移動時間は、移動速度と移動距離で、変えられる。
②作業時間は、作業速度と作業分量でしか、変えられない。

高速で、移動する物体に乗って、作業をしながら、移動する。
そうすると、移動速度をアップすると、①移動時間は短縮される。
しかし、②作業時間は短縮されない。
＿＿＿

↑　この意味は、誰でも理解出来ますよね？

＿＿

特殊相対性理論で言う、移動する物体の時間が遅れる？等は有り得ないのです。
特殊相対性理論が理解出来るのは、このような矛盾が理解出来る、精神異常者だけです。

後は、理解出来て居るフリしている、言い格好しい達ですから、愛tれにしなくてヨロシイです。

＿＿

つまり、特殊相対性理論は、全く無関係の複数の時間をごちゃまぜ思考して居るのです。（笑い）

彼らは、ガンマの数式が成立しないのに、成立する？等と、思い込みしている大馬鹿さん達ですから、相手にしてはなりません。

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

最後に、③存在時間

③物質M±の、出現から消滅迄の、③存在時間が有ります。

この、③存在時間は、作業速度や、移動速度とは、何の関係も有りません。
＿

ですから、移動する物体の時間が遅れる？って言うならば、
①移動時間
②作業時間
③存在時間
この、複数の時間の、一体、どの時間が遅れるのか？
質問してごらんなさい。

誰も、何も、答えられませんから（笑い）

＿＿＿＿

結論、
特殊相対性理論の信者さん達は、全く無関係の複数の時間をごちゃまぜ思考して、デタラメを、信じているのです。（笑い）

ですから、質問者さんが、理解出来ないのは、当然で有り、理解出来て居るのは、精神異常者なのです。
＿

「複数の時間の正体」
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

↑　ネット検索の事

以上です。


BY　逆転地蔵

No.12 回答者： d9win 回答日時： 2022/11/29 10:12

”光速cが一定である”ことが特殊相対性理論の最大の特徴といわれてますが、さらに”力”あるいは情報の伝わる速度の違いも重要であると、私は考えます。

力は、ニュートン力学では瞬時に伝わるとする遠隔力ですが、相対性理論では光速cで伝わる近接力です。
電磁現象は、ニュートン力学の考え方では説明し切れませんでした。ところが、(その意味は不明だったけど)ローレンツ変換を仮定すれば一応説明できました。もっとも、電磁気力の伝搬が光速cで行われることを加味したクーロン ポテンシャル(いわゆる”遅延ポテンシャル”)を求めるとローレンツ変換に相応する項が現れることからも(ファインマン物理学III 20-6節)、ローレンツ変換で表される関係は電磁気学に元々内包されていたと言えます。結局、特殊相対性理論は、電磁気学を完全に説明する力学理論としてアインシュタインが発表したのですが、ニュートン力学の遠隔力を(光速の)近接力に発展させることで一般的な力学理論になったのだと、私は考えます。ニュートン力学では力が何物か説明できなかったけど、光速の近接力は(仮想)光子による運動量のやり取りであると説明できます。(アインシュタインはそこまで考えなかったけど、ディラック等が提起した電磁量子力学(QED)ではそのように説明されてます)

また、運動体(系)内の時間が遅れについては、次のような考察が参考にならないでしょうか。
観測点の原点から速度vで遠ざかる運動体内の時間Ta (その時の原点から見た位置をXaとします)とTb (原点から位置はXb)で起きた事柄を外部から観測する場合、Taで起きた現象はXa/cだけ遅れて原点に到達します。そして、単純に考えれば、Tbで起きた現象は(Xa + v(Tb - Ta))/cだけ遅れて原点に到達しそうに思います。すると運動体内で(Tb - Ta)だけ時間間隔のあった現象は、原点では(Tb - Ta)(v/c)だけ遅れて起きたように見えるでしょう。もっとも、運動体内ではその移動速度vに応じて時間や長さが変わることをローレンツ変換が示しているので、運動体内の時間にはTbやTaをそのまま使えるかは不確かです。それでも、ともかく運動体内ではv/cに応じて時間が遅れるように観測される傾向が現れるように一見思えます。
しかしながら、上記の考え方では運動体が近づいてくる場合は時間が進むことになるので正しくありません。これらは、発光のような単発現象についてのみ当てはまるもので、運動体(系)内の運動(現象)に関する時間(や長さ)には適用できないようです。
ともかく、時間座標と空間座標の相互変換であると言った大局的な話をいきなり持ち出さなくとも、上記のような具体的な説明で”移動する運動体の内部運動を観測する際には、その時間の進み方が遅れているように見える”ことを説明できる可能性もあるのではないか。

No.11 回答者： tknakamuri 回答日時： 2022/11/24 23:21

何故かはアインシュタインでも知りません。

実験事実に合う理論(数式)は有ります。
それは数学と物理の知識と理解がないと理解出来ません。

数学の理解を放棄されているなら
これの理解もキッパリ放棄しましょう。
人生の無駄です。

No.10 回答者： chiha2525 回答日時： 2022/11/24 21:15

数学を全く使わずに、というのは無理なので、なるべく簡単と思う説明をしてみます。

（他の回答は読んでいないので、同じことを書いていたらすみません）

例えば、止まっている人から見れば200km/hで走る新幹線は、同じ方向に50km/hで走るクルマの人から見れば、新幹線は150km/hの速度に見えます。単純な引き算ですね。
ところが光はこの引き算ができません。止まっている人から見ても、50km/hで走るクルマの人から見ても、同じ速度に見えます。ところで速度というのは「距離/時間」です。なので光の速度が”同じ”なら、距離か時間が変わっているということになります。
考えやすいようにクルマの速度を光速の半分としましょう。地上の人が見て光が１秒に進む距離は１光秒（１光年の秒バージョン、距離の単位です）です。これをクルマの人がみると、光が１光秒ほど進むとクルマは0.5光秒ほど進んで、その差は0.5光秒の距離になりますが、この光の速度が同じなので（地上の人が１秒経つ間に）クルマの人はまだ0.5秒しか経っていないということになります。

地上だと地面を基準に考えてしまいますが、地上の人とクルマの人を宇宙空間のロケットＡとロケットＢに置き換えると、どちらが基準ということもなくなります。ロケットＡとロケットＢの相対速度が光の半分の速度だと、ロケットＡから見たらロケットＢは時間が半分の速度で進んでいるように見え、ロケットＢから見たロケットＡはやはり時間が半分の速度で進んでいるように見えます。お互いがお互いを時間が遅く進んでいるように見えるわけです。このように、それぞれの立場が同じように変わるので”相対的”と言われ、そのために相対性理論という名前がついています。

No.9 回答者： abikon990-08321-3-29 回答日時： 2022/11/24 12:14

相対論自体が間違っています。

『素粒子と宇宙の疑問 知りたい肝心のところをとことん具体的に解説 ーこの世界は何からできているのか 宇宙はどのように始まり終わるのかー』 https://www.amazon.co.jp/dp/B08DNG1HS1

No.8 回答者： puyo3155 回答日時： 2022/11/24 08:58

＞どの慣性系にいる観測者から見ても光速度は一定なのは分かりますよ。

いちいち細かいですね。分かりやすく「誰から見ても」と表現してるだけです。

自分に批判的な意見をおちょくるなら、質問やめればいい。私は、あなたに寄り添う責任もないし、あなた好みに優しくする気もない。物理を正しく理解したいと望んでも無理なものは無理。氾濫する、素人をまどわせるサイエンスフィクションで勘違いするところを、まじめに指摘しているだけです。

いちいち細かい、こそ失礼な表現だと思いますよ。慣性系を言わないと、まったくその後の論議が不毛になるので言っているだけです。そして、わかっているなら、最初から書かないとね。後出しでそんなことはわかってる・・・というのはやめましょう。あなたが、分かっているかどうかは、質問に書いた文章でしか判断できないのですから。

この話は、だれから見てもではないし、その慣性系における、観測者から見た、時空の問題についての話であることを曖昧にしたら、話が全部無意味になります。

＞それまでの物理の常識から考えると…これも分かりますよ。今までは時間と距離は絶対的なものだったから、光速度が不変という事実が物理学にとってあり得ない、受け入れ難い事実であった、

それも分かりますよ。と、わかることは反論する後出し再びに加えて、

特殊相対性原理

が前提になっていることを、質問で一言も述べていないことには触れない。

マクスウェルの方程式による、電磁波や光の挙動の記述もスルー。

これが、なんちゃって科学の特徴なんです。全体を矛盾なく理解してはじめて新しい概念がわかるのに、自分が理解出来たことや、時間が遅れるとか、長さ縮むとかわかりやすい特徴だけを取り出して、売らんがための説明をする。

数式なしに、イメージを説明したものなど、なんちゃって科学であって科学ではありあません。だから、そこでとどまって、なるほど、光速に近いスピードで動くと、時間が遅れるのかぁ・・・で、とどまるなら、罪はないけど、それ以上の因果関係を、自分が理解できる既存の知識で、理解しようとし、それを、数式無しでわかりやすく・・・と都合よく質問し、定義も、自分の理解も、物理的にも、数学的にもあいまい。だから、それは無理筋ですよ・・・と指摘しただけです。

相対論、量子論など、新しい概念を理解するときは、なんちゃってイメージでは理解は絶対出来ない。まず粛々と数式を理解し、問題に当てはめ、最後に解釈をする。それをたどるのが、急がば回れです。

＞数学が分からなくてもイメージで解説しているサイト･動画はいくらでもあって、いくらでも理解することは可能ですよ^ ^

なら、そこで理解すればいいですね。
それがどうしても出来ないから質問した・・・と、自分で言っているじゃないですか。ああ言えば、こう言うでは、科学は理解できません。

No.6 回答者： puyo3155 回答日時： 2022/11/23 20:44

あなたの質問はエゴですね。

数学をわからずに、特殊相対性理論を理解することなどできません。あるレベル以上のことを理解するには、その前提となる数学や、物理の基礎知識を理解することが必須です。それなしに、理解は絶対に出来ない。まずはそこからです。

＞数学全く分かりません。なので分かりやすくお願いします。

数学が、物理をもっともわかりやすく記述する手段です。数学がわからなければ、物理は理解できません。英語わからずに、アメリカ人と話せないのと同じです。

＞小学生にもわかるようにお願いします。専門的な言葉も使わないでいただきたいです。

そんなことは絶対にできません。

＞まず、光の速さは誰から見ても変わらない。ここまでは分かります。

わかるわけがない。

誰からみてもではない。慣性系にいる観測者のはなし。
そして、光速度不変が、それまでの物理学の常識から考えると、ありえないこと。

なのに、光速度が不変・・・と仮定すると世の中がうまく説明できる。実験結果もそうなっている。とても不思議なことなのです。

それを、あなたが、いきなり理解できるわけがない。その時点ですでに大きな勘違いをしているのです。

＞次からがよく分からないのですが、物のスピードが速くなればなるほど、時間が遅れる、のはなぜですか？

風が吹けば桶屋が儲かるのはなぜですか？と言ってるだけ。
質問にすらなっていない。

それに、特殊相対性理論の仮定は

特殊相対性原理
光速度不変の原理

の２つから導かれるのであり、光速度が不変だけが時間が遅れる理由ではありません。

＞ここだけがどんだけ調べても理解できませんでした。
光の速さは変わらない、だから速く動くものは時間が遅れる･･･

だから理解できるわけがない。

＞ちょっとそこの因果関係がイメージでは全く結び付けられませんでした。
あくまでもイメージしやすく解説していただきたいです。

最低限、古典物理学を勉強し、電磁気学を勉強する。すると、それまでの相対性原理や、マクスウェルの方程式によって、電磁波（光）がどのように進むのか？がわかるようになる。高校程度の物理です。難しくもありません。

その上で、特殊相対性原理と、光速度不変の原理を要請すると、

この世は、時間と空間が別々ではなく、密にからまりあって存在している。そして時間や空間は、運動の状況によって伸びたり、縮んだりする・・・という結論が、簡単な数式で結論付けられます。

その数式の意味を解釈して、時間が遅れるとか、長さが縮むとか、質量が重くなる・・・と言っているのです。あなたのような、既存概念の延長で、つまり古典力学的視点で、どんなに理解しようとしても、永遠に理解することは出来ません。

＞ちなみに数学は苦手科目で全くできません。そこを踏まえてお願いします。

ならあきらめましょう。ちなみに、特殊相対性理論は、中学程度の数学や幾何学の知識があれば、計算式の理解はできます。それも出来ないなら手段はありません。

＞よく、宇宙船の中で光を放つのをイメージの例で挙げられますが、宇宙船の外から宇宙船の中の光を見ると、光が斜めに進むから到達が遅くなる･･･

まったく意味が違うので、やっぱり理解はむりでしょうね。

＞宇宙船がものすごい速さで横に移動しているから、それを空間が処理しきれていないんでしょうか？

違います。宇宙船がゆっくり進んでも同じことがおきます。

＞よく、速く動くプロペラなどを見ていると、止まっているように見えることがあるじゃないですか？あれと同じ感じで、速く動けば動くほど、見ている我々（観測者？）の処理が追いつかないから距離も時間も遅くなる…
のでしょうか。

まったく違います。そもそも、あなたは時間の遅れが、誰に生じているかも理解できていないようですね。

＞ゲームも同じですよね。キャラクターが速く移動すればするほど、処理できずにマップが読み込まれず、カクカクして遅くなる…でも実際移動している側からの視点だと、今度は周りの景色が止まっているように感じるのでしょうか…

まったく違います。

No.5 回答者： GOMΛFU 回答日時： 2022/11/23 19:25

一般よりも特殊の方が重力や加速度縛りがないので簡単

No.4 回答者： endlessriver 回答日時： 2022/11/23 18:24

>光の速さは誰から見ても変わらない。

ここまでは分かります。<
●何が分かるというのですか?

>ここだけがどんだけ調べても理解できませんでした。<
●何を調べたのですか? 他はすべて理解できなのに?

>ちなみに数学は苦手科目で<
●比喩かもしれませんが、小学生は数学などといない。はず

No.3 回答者： satoumasaru 回答日時： 2022/11/23 18:03

正確な説明は数学でしなければなりません。

文章だけではどうしても不正確になります。まあしかし、私が以前、掲示板で回答したこととも重なりますが、一応わかりやすく書いてみます。

１．慣性系において物理の法則は同等である
２．真空中における光の速度は一定である
たったこれだけなんです。

慣性系というのは、一定の速度で動いている系のことです。この慣性系の中では物理法則は全く同じ式でかけるというものです。静止している系Ａを動いている系Ｂから観測すれば、むしろＢが静止して、Ａが動いているように見えます。このそれぞれの系が、全く同等というものです。これが１です。

もうひとつの原則は、光速度は真空中においては一定の速度で進むというものです。（そう観測されるといったほうがわかりやすいかもしれません）、これが２ですね。

なんだい、こんなことは当たり前じゃないかと思われるかもしれません。でも次を考えてみましょう。（光速度を３０万ｋｍ／秒とします）。ロケットが光速度の半分、１５万ｋｍで地球に近づいているとします。そのロケットからだされた光が地球に届くとしますね。普通だったらロケットから発射される光の速度は、ロケットの速度＋光の速度で４５万ｋｍの速度になるはずですよね。

ところがこれは先ほどの２、光速度不変の原理に反します。ではアインシュタインはどうしたか、光速度不変になるように空間と時間の概念を変えてしまうのです。空間と時間は私たちは別々の不変のものと思っていますが、むしろ不変なものは光速度であり、空間と時間は一体となって、光速度が不変になるように変更されるというものなんです。そのため、距離が短くなるとか、時間が遅れるとか、非常識で理解に苦しむことがたくさんでてきます。

「光の速さは変わらない、だから速く動くものは時間が遅れる」というのは、結果論的にそうなるのです。この場合はAという慣性系とBという慣性系があったとしますよね。ＡからみてＢが速いスピードで動いているというということは、ＢからみてＡが速いスピードで動いていることと同じです。「1.慣性系において物理の法則は同等である」ですのでAとBに優劣はありません。Aから見てBの時計は遅れているように見えるし、BからみてAの時計は遅れているように見えます。

詳細については数式できっちり書かなければなりませんし、このような小スペースで書ききることはできません。ですので、ご自身で一度勉強をしてみて下さい。一般の啓蒙書は相対論がもたらす状況を興味本位で書いてあるものが多いですが、きちんと理解しようとすると数式もはいっている本が必要です。数式が入っているといっても、高校生程度の数学の力があれば特殊相対論は理解することができます。

私には「相対性理論の初等講義／東京図書」がおもしろかったです。もっともすでに絶版になっているかもわかりません。一般的な啓蒙書としてはPHP 文庫の「『相対性理論』を楽しむ本」（1999 年 佐藤勝彦 監修）がいいですね。

なお、アインシュタインは特殊相対論ではまだ不十分だと考えました。なぜなら、運動には等速度で動く場合だけではなく加速度運動（広い意味での加速度運動というのは速度が速くなるだけではなく減速するもの、回転するものも含まれます）もあるからです。

考えてみてください。新幹線の中で新幹線が同じ速度で走っている間は、ホームでまっているときと同じ感覚ですが、加速するとき、減速するとき等には、慣性力という力がかかります。また回転運動がある場合は遠心力がかかります。純粋な慣性系というのはきわめて特殊なものです。だからこそ、アインシュタインは、慣性系のみで成立する＝特殊な条件でしか成立しない、ということで特殊相対論と名付けたのです。

アインシュタインは、この特殊相対論を更に拡張して、加速度系（非慣性系）にも適用しようというものです。そのための公理として
１．あらゆる非慣性系においても物理法則は同等である（正確には局所慣性系において物理法則は同等である）
２．加速度の及ぼす影響と重力の及ぼす影響は区別できない。（等価原理）
ということを基本として一般相対論を考え出したのです。

もともとは加速度系の物理法則を考えるために、一般相対論を考えたのですが、等価原理により、加速度運動を記述することは、そのまま重力を記述することになります。ですので一般相対論は重力を取り扱う理論といえるのです。

一般相対論は多くの予言をしています。たとえば重力が強い場所では時間の遅れが生じる、重力が強ければ空間が曲がる、水星の近日点移動がニュートン力学よりわずかにずれる等々です。これは、。１９１６年という今から９０年近い前に発表された理論にもかかわらず、現在の高い観測技術でも、確認されています

一般相対論について理解するためには、テンソル、リーマン幾何学等々の大学の数学専攻程度の能力が必要となります。