相対性理論に関して１）空間の縮みの認識

Question

相対性理論によれば、光速に近い速度で運動すると物体が縮む、とか。今１ｍの長さの棒があったとして、それをもって光速ロケットに乗り込んだとします。光速に近づいたときに棒は縮むのでしょうが、巻尺も一緒に縮むからそのロケットの中で棒の長さを測ればやはり１ｍになるだろうと思います。準光速で移動するロケット内で空間が縮んでいることを認識するのは不可能でしょうか？それとも何らかの方法があるのでしょうか？

noname#3960 · Accepted Answer

ロケットの内部と外部で”違う”というより、観測結果が同じであるといえます。L=VTですから
L/T=c（光速・定数）
となり、食い違う結果が出た場合、光の速度を一定にしておくには距離か時間のいずれかを操作する必要が出てきます。


例としては光速ロケットの後部から前部運転席に向けて光を発したとします。

t秒後に運転席に到達するとしたら、・・・１

ロケット外から観測する人は

そのt秒後（から少しおくれて）運転席に到達した情景を観測しています。・・・２

しかし、ロケット外からみると、到達したとき、すでにロケットが前に移動しているので光は

自分が進んだ距離とロケットが進んだ距離の合計を移動している・・・３

とかんがえます。
これは明らかに進みすぎです。光がt秒間に進む距離はctです。よってL、すなわち光がロケット船内を進んだ距離を極端に短くしなくてはこのctを超えてしまいます。

ロケットの長さがその速さに伴って短くなってくれれば、光の移動距離がたもたれるわけです。

なお、以下余談です。
光は目に見えません。人の網膜にあたるまでは。
光ではなく、電磁波でしょう。マックスウェルの理論から導かれています。講談社・物理の超発想がおもしろいです。
相対性理論についてはかつてNewtonで特集を組んだことがありました。

KUJIYA · Answer

No.3です。
横レスになりますが、No4のお礼欄にありました質問について
考えてみました。

＞準光速ロケットの世界に入ったら、光速が秒速60万kmに
ですが、空間が縮むと同時に時間も遅く流れます。
空間が半分の長さに縮む速度では時間が倍の長さに伸びているはずです。

内側でも光の速度は１秒間に３０万キロしか進みません。
半分に縮んだ３０万キロは外の世界では１５万キロに見えますが、
観測者の時間は内側より倍のスピードで時間が流れていますから、
内側の１秒間は０．５秒と観測されます。つまり３０万キロ／ｓです。

あと、newtonが話題になっていますが、この雑誌は範囲が広いので
バックナンバーを狙った方がいいでしょう。
写真が豊富で面白い雑誌ですが、学者さんにはウケが悪いらしいです。

私はアインシュタインのファンですので、こちらのサイトをお勧めします。
基本は昔ＮＨＫで放送された「アインシュタインロマン」という番組を
ベースにされているようですが、思考実験の図など読み物としても
面白いページだと思います。

参考URL：http://homepage2.nifty.com/einstein/contents/relativity/contents/relativity.html

noname#3960 · Answer

質問に対する回答とは違いますが、
紹介したNewton相対性理論の特集記事に
「準光速ロケットから見える景色はどんなものか？」
という考察がありました。
僕はそのあたりは興味なかったのですが、なんと、視界が変わってしまうらしいですよ。

僕は弟が定期購読をしていて見せてもらいました。あなたのような方ならぜひ一読されることをお勧めします。

理解できなくても、もっていて時々読み返すだけでもよいのでは？僕としては講談社の物理の超発想ですね。
（くどい！？）

参考URL：http://www.newtonpress.co.jp/newton/bessatu/index.html#

noname#3960 · Answer

失礼します。先ほどの回答で
ロケット内の時間tと観測者の時間Tとをごっちゃにしてしまっていたので訂正します。

この場合、tをもとにロケットの長さを求めているのですから実験風景は次のようになります。

ロケットからの通信「実験開始」でロケットの位置を測定。ロケット内の実験者が光の到達を観測したときに「実験終了」の合図を出し、ただちにロケット外の観測者がロケットの位置を測定する。
実験結果からロケットの長さを求めると縮んでいるという結果になる。
しかし、ロケット外で時間を測定し、ロケットの設計図からその長さをもとに検証すると、ロケット内の実験者の時計がおかしかったのではないかと疑う。こんな感じでしょうか。

ちなみにロケットが等速直線運動している場合は、”どちらが移動しているのか立証することは不可能”であるといいます。
僕もよくわからないのに答えてますますわからなくなってしまいそうです。

光は質量をもたないので光速近くで運動する物質は不確定要素をもつということでしょうか。

KUJIYA · Answer

相対速度の問題ですので、相対する者から見て
縮むのであって、相対しない者（つまりロケット内の人）
には縮みを認識できない、というか縮んでいません。

こんな例を考えてみました。
何もない宇宙空間でAとBのロケットが２台、お互いに近づく方向に
光速に近い速度で接近した場合、お互いのロケットから
相手のロケットを観察すると相手が縮んでいるように
見えるはずです。
これらを観測する人間が、
Aと平行して飛んだ場合、
Bと平行して飛んだ場合、
AとBの中間点で観測した場合など、
それぞれにおいて、それぞれの縮み方は違って見える
はずです。
Aが縮んでいるBが縮んでいると考えるのは適当でなくて、
観測者によって縮んでいると認識（観測）されるということでは
ないでしょうか。

atom31 · Answer

１の方が仰る通り、ロケット内からの観測は不可能です。
ロケット内の長さが短くなるのも相対的だからです。

juvi · Answer

ロケット内で縮むと考えるのではなく、ロケットの外から観測すると、ロケット内の物体が縮んで見えると言うことではないでしょうか。
従って、ロケット内のみで認識することはできないと思います。

相対性理論に関して１）空間の縮みの認識

ロケットの内部と外部で”違う”というより、観測結果が同じであるといえます。

No.3です。

質問に対する回答とは違いますが、

失礼します。

相対速度の問題ですので、相対する者から見て

１の方が仰る通り、ロケット内からの観測は不可能です。

ロケット内で縮むと考えるのではなく、ロケットの外から観測すると、ロケット内の物体が縮んで見えると言うことではないでしょうか。

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