相対性理論

現在、相対性理論は100%正しいといわれてますが
私には時空が歪むなんてどうしても信じられません
ニュートン力学みたいに間違いの可能性はないのでしょうか

No.9 回答者： tanzou2 回答日時： 2019/04/07 14:35

現在、相対性理論は100%正しいといわれてますが

　　↑
現時点では正しいだろう、と言われているだけです。



私には時空が歪むなんてどうしても信じられません
　　↑
そもそもですが、時間が何かについても、
争いがあります。
時間が独立して存在するわけではない、とする
説も有力です。

尚、信じる信じないと、真実か否かは別の
問題です。

皆が信じていなくても、真実は真実です。
それでも地球は動くのです。

反対に、皆が信じていても、間違いは間違い
です。



ニュートン力学みたいに間違いの可能性はないのでしょうか
　↑
あれは間違い、というのではなく、
極限状態では通用しない、というだけです。

相対性理論だって、何時どうなるか判りません。

No.8 回答者： puyo3155 回答日時： 2019/04/06 09:35

>現在、相対性理論は100%正しいといわれてますが

言われていません。物理は、永遠に仮説です。今の時点で、この世の中の物質や力など現象の仕組みを、もっともよく表していて、それ以上の理論がないだけです。
実際、ミクロの領域では、一般相対性理論は使えません。それを乗り越えようと、物理学者はがんばっています。

＞私には時空が歪むなんてどうしても信じられません

これは無意味です。感性的に信じられないことを、叫んでも、学問的には意味がない。
ひとつひとつの過程を理解し、実験結果を理解し、なぜ、現在もっとも信じられるにあたいするかを理解することで、時空が歪んでいる（それだけではないが）という感覚を逆に知るといういうことでしょう。

＞ニュートン力学みたいに間違いの可能性はないのでしょうか

新しい理論は、一時代を支えた古い理論を包含します。
いまでも、ニュートン力学は、相対論の近似として十分現役ですから。間違っているわけではありませんよ。

No.7 回答者： kothimaro 回答日時： 2019/04/06 09:27

光の座標を便宜上平面で、P(x,y,z)=(ct*cosθ,ct*sinθ,0)とします。

光は、原点Oを発してt秒後にPの位置に到達します。光が移動した時間はt秒です。光の移動した距離は、√(x^2,y^2,z^2)=√{(ct*cosθ)^2+(ct*sinθ)^2+0^2}=ct㎞です。従って、無重力場に居る者Bが見た光の速度は、ct[m]÷t[s]=c[ｍ/秒]です。

　今度は、質量mからr[m]離れた重力場gに居る観測者Aが同じ光を見ると、その速度は幾らと観測されるかを、時間と空間の座標の変換式⑧⑨⑩⑪を使って計算します。
g重力場で光の進んだ距離=√(x’^2+y’^2+z’^2)=√[{x-(lp*ct/R)}/√{1-(lp^2/R^2)}^2+y^2+z^2)]=√[{ct*cosθ-(lp*ct/R)}/√{1-(lp^2/R^2)}^2+ (ct*sinθ)^2+0^2)] =√{(R^2c^2t^2cosθ^2-2Rc^2t^2lp cosθ+lp^2c^2t^2+R^2c^2t^2 sinθ^2-lp^2c^2t^2 sinθ^2)/(R^2-lp^2)} =√[{R^2c^2t^2-2Rc^2t^2lp cosθ+lp^2c^2t^2-lp^2c^2t^2 (1-cosθ^2)}/(R^2-lp^2)] =√[{R^2c^2t^2-2Rc^2t^2lp cosθ+lp^2c^2t^2cosθ^2)}/(R^2-lp^2)]=√{(R^2)(c^2t^2-2c^2t^2lp cosθ/R+lp^2c^2t^2 cosθ^2/R^2)/(R^2-lp^2)}=ct√(1-2lp cosθ/R+lp^2 cosθ^2/R^2)/√(1-lp^2/R^2)=ct(1-lp cosθ/R) /√(1-lp^2/R^2)=ct(1-lpx/Rct) /√(1-lp^2/R^2) =c{t-(lp*x/Rc)} /√(1-lp^2/R^2)[m]
※x= ct*cosθ、 cosθ=x/ctを使いました。

　一方
g重力場で光の進んだ時間③t’={t-(lp*x/Rc)}/√{1-(lp^2/R^2)}[s]
なので
g重力場の観測者Bから見た光の速度c’= [c{t-(lp*x/Rc)} /√(1-lp^2/R^2)]÷{t-(lp*x/Rc)}/√{1-(lp^2/R^2)}=c[ｍ/秒]　(光速度不変)
です。このように、「kothimaro重力変換」で「一般相対性原理」は成立します。

　以上のとおり、高速移動や強い重力により、時間と空間の座標が「ローレンツ変換」や「kothimaro変換」します。

詳細は、下記ホームページを参照ください。
http://catbirdtt.web.fc2.com/zikanntokuukannnohe …

No.6 回答者： kothimaro 回答日時： 2019/04/06 09:27

ニュートン力学では、時間と空間は変化しないとしました。

つまり、絶対時間と絶対空間があると考えました。

　一方、相対性理論では、時間と空間は変化すると考えます。ここでは、「相対性理論」について説明します。

　どれ位の速度で移動する慣性系でも、またどれ位の強さの重力場(=加速度系)でも、物理現象を表す方程式は同じとなります。前者を「特殊相対性原理」、前者と後者を含めて「一般相対性原理」と言います。

　この原理に従うと、全ての慣性系と加速度系で、観測者に物理現象が同じと測定されます。つまり全ての系で、真空中を進む光の速度は光速度cであり、磁石や電磁石により生じる電磁気力の強さ・強い力・弱い力・重力は同じです。

　電磁気力も強い力も弱い力も、ゲージ粒子が光速度cで粒子間を往復して生じます。重力も、量子力学ではそう理解されています。つまり、この宇宙の最高速度は光速度cであり、それが全ての系で同じなら、生じる電磁気力・強い力・弱い力・重力の強さは同じになり、物理現象は同じ方程式で表されます。

　ですから「相対性原理」が成立するには、光速度cが不変となるように、時間と空間の座標が変化する必要があります。

　では、特殊相対性理論から説明します。
v㎞/秒で移動すると、空間と時間の座標が次の「ローレンツ変換」のとおり変化します。
①x’=(x－vｔ)/√（1－v^2/c^2）
②y’= y
③z’= z
④t’= (t－vx/c^2) / √（1－v^2/c^2）

　高速移動する物質は、「動き難く」なり、また「ローレンツ収縮」します。
物質は、光速に近づくほど加速し難くなります。したがって、高速移動する時計は遅れます。

　次に「ローレンツ収縮」です。v㎞/秒で移動すると、物質は横方向へ√(1－v^2/c^2)倍収縮します。これを「ローレンツ収縮」と言います。電子は、原子核の周りを高速で回転し、その遠心力と原子核に引き付けられる電磁力の釣り合う一定距離を保っています。原子が高速移動すると、電子は回転し難くなり遠心力は弱まり電子は原子核の電磁気力に引き付けられ、原子自体が横方向へ「ローレンツ収縮」します。

　この様に、v慣性系では、物質である定規が√(1－v^2/c^2)倍「ローレンツ収縮」する為、距離は逆に1/√(1－v^2/c^2)倍長く測定されます。また、その間に観測者自身がvt㎞移動しているので、その分距離は短く測定されます。上下左右方向(縦方向)には変化はありません。従って、これを方程式で表わすと
①x’=(x－vt)/√(1－v^2/c^2)
②y’=y
③z’=z
です。

　光の座標を便宜上平面で、P(x,y,z)=(ct*cosθ,ct*sinθ,0)とします。光は、原点Oを発してt秒後にPの位置に到達します。光が移動した時間はt秒です。光の移動した距離は、√(x^2,y^2,z^2)=√{(ct*cosθ)^2+(ct*sinθ)^2+0^2}=c[m]です。従って、静止者が見た光の速度は、c[m]÷t[s]=c[ｍ/秒]です。
　今度は、v[ｍ/秒]で移動する観測者Aが同じ光を見ると、その速度は幾らと観測されるか、時間と空間の座標の変換式①②③⑤を使って計算します。
v慣性系で光の進んだ距離√(x’^2+y’^2+z’^2)=√{(( ct*cosθ－vt)/√(1－v^2/c^2))^2+( ct*sinθ)^2+0^2}=(c－vcosθ)t/√(1－v^2/c^2)[m]

　光速度が不変となるためには、
光の移動時間⑦t’=(c－vcosθ)t/c√(1－v^2/c^2)[s]
でなければなりません。これで
v慣性系における光の速度=(c－vcosθ)t/√(1－v^2/c^2)[m]÷(c－vcosθ)t/c√(1－v^2/c^2)[s]=c[ｍ/秒]
と「光速度不変」になります。

　光のX軸の座標x=ct*cosθなので、cosθ=x/ctです。これを⑦に代入すると
⑦t’=(c－vcosθ)t/c√(1－v^2/c^2)= (c－vx/ct)t/c√(1－v^2/c^2)=④ (t－vx/c^2) / √（1－v^2/c^2）
です。まとめると
①x’=(x－vt)/√(1－v^2/c^2)
②y’=y
③z’=z
④t’= (t－vx/c^2) / √（1－v^2/c^2）
と「ローレンツ変換」となります。

　次は「局所慣性系」における、重力による時間と空間の座標の変化を説明します。
先ず、重力による空間の曲率を求めます。
例えば、重力により半径rの円周と同じだけ光が曲げられたとします。そして「空間の曲率=1/半径r」です。
つまり
光が半径rの円周に沿って進む時の空間の曲率=1/r
です。

　この曲率を、質量mと距離rで表現します。先ず、光の加速度を求めます。
この宇宙で最も大きな加速度は、最短時間であるプランク時間tpで最速である光速cに達するものです。これを「プランク加速度ap」と言います。したがって
プランク加速度ap=c/tp
です。
そして、光の加速度もプランク加速度apです。

　一方
重力加速度g=Gm/r^2　(G=万有引力定数、m=質量、r=距離)
です。重力が光に作用すると、光自身の推進力であるプランク加速度apと物質からの万有引力による重力加速度gの合成により、光の進路が決まります。

プランク質量mpからプランク距離lp離れた地点の重力加速度g=Gmp/lp^2=(lp^3/mp*tp^2)×mp÷lp^2=lp/tp^2=c/tp=プランク加速度ap
です。
※G= lp^3/mp*tp^2、c=lp/tpを使いました。


　そして「等速円運動の加速度a=v^2/r」なので
半径がプランク距離lpの円周を等速円運動する光の加速度a=c^2/lp=lp/tp^2=c/tp=プランク加速度ap
です。
※c=lp/tpを使いました。

　これで、重力加速度と光の円運動の加速度が同じになりました。つまり、光はプランク質量mpからプランク距離lp離れた円周上を、万有引力に引かれ光速度cでグルグル回るのです。ですから
プランク質量mpからプランク距離lp離れた地点の空間の曲率=1/lp
です。

　重力加速度gは、質量mに比例し距離rの2乗に反比例するので
質量mから距離r離れた地点の光が進む円周の半径R=lp×c/tp÷g= lp×c/tp×r^2/ Gm=(c^2/G) r^2/ m
です。したがって
質量mから距離r離れた地点の空間の曲率=1/R=(G/c^2)m/r^2
です。これで空間の曲率「1/R=(G/c^2)m/r^2」が求まりました。この曲率を「kothimaro曲率」と呼びます。

　そして重力に垂直な方向をX軸とすると、質量mからr離れた位置の重力による時間と空間の変換式は次のとおりです。
⑧t’={t-(lp*x/Rc)}/√{1-(lp^2/R^2)}　[1/R=(G/c^2)m/r^2=kothimaro曲率]
⑨x’={x-(lp*ct/R)}/√{1-(lp^2/R^2)}
⑩y’=y
⑪z’=z
⑫c’=c (光速度不変の原理)
です。これを「kothimaro重力変換」と呼びます。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/04/06 08:08

>光速Ｃは光源の速度によらず一定である、ことすら実験で確かめられていません

それは言い過ぎ。
光速度の不変性は、連星の観測による検証が数多く行なわれましたが、
ブレッチャーの二重星パルサーの観測がとどめですね。

http://www.ekkehard-friebe.de/Brecher-K-1977.pdf

これ以降疑う人はいません。

No.4 回答者： head1192 回答日時： 2019/04/05 11:21

端折ることができないので長くなります。

絶対（１００％）に正しいとは認められていませんしこれが世の中の真理だとも決まっていません。
将来もっと精度の高い理論が出現すれば、かつてニュートン力学がそうであったように、現在の座をその理論に譲り渡すことになります。
あくまで
「現時点で最も普遍的に合理的に観測事実を説明できる理論である」
という合意があるだけです。

時空が実際に歪んでいるかどうかは分かりません。
我々の知覚できることではないので、それが正しいかどうかは永遠に実感できません。
ただ、先ほども述べた「現時点で最も普遍的に合理的に観測事実を説明できる」ということが大事なのです。
現在でも宇宙の質量の９０％以上は未解明だと言われています。
それでも人間は我々の行く末を確かめるために、分かっているところから宇宙の真理に攻め込まなければなりません。
それは過去もそうでした。
実はニュートン理論における「重力」も確かめることができません。
誰も質量が重力を生み出しているところを見ることができません。
本当に重力なのか、別の現象を重力と錯覚しているだけではないのか、そういう可能性は捨てきれていません。
しかしそれを追究すると物理はすべてのことが解明できるまで何も結果を出すことができなくなってしまいます。
だから「現時点でもっとも～」というコンセプトが生まれるのです。
それで実際成果が出るならばそれが世の中の仕組みだとしても何ら問題はないというわけです。
「指導原理」といい、証明はできないが物理の法則の根幹をなす大切な仕組み、ということです。

特殊相対性理論に話を絞ります。
特殊相対論は「相対性原理」「光速度不変」を指導原理つまりアインシュタインが「これだけは絶対に崩さないように理論を構築する」と決めて作られた理論です。
しかしそのためにはややこしい現象が生じます。
・ある光Ｃがあります。
・それを見ている静止観測者Ａがいます。
・また秒速1０万キロで同じ光Ｃを見ている観測者Ｂがいます。
この場合、どちらの観測者から見ても光Ｃは30万キロで進んでいなければならないことになります。
なぜなら、相対性原理により、観測者Ｂは「静止しているのは自分だ。Ａの方が10万キロで宇宙をかっとんでいるのだ」と主張することができ、それはどちらも同じ重みをもつからです。
ニュートン力学における相対速度を適用した場合、Ｂから同じ光を見ているのに、観測者Ａが静止しているとみなした場合はＢから見た光Ｃは差し引き20万キロになり、観測者Ｂが静止している場合、Ｂから見た光Ｃは３０万キロということになります。
それはそれでかまいませんが、基準をどちらに取るかによって光の速度が変わってしまうのは理に遭いませんし（世の景色が変わってしまう）、だいいち「光速度不変」を満たせません。
そのため、アインシュタインは発想を転換し
「どちらに基準を取ろうとどちらから見よう（相対性原理）と、光Ｃの速度は30万キロ（光速度不変）である。（つらつら世の現象を考察すればそちらの方が自然だ）」
と決めたのです。そしてそれを満たすために
「常に光速度が30万キロを保つため、自分から見た相手の空間と時間が変化するのである」
という仮定を行ったのです。
この仮定の下ローレンツ変換による座標変換による時空の歪みが定義されたのです。
そしてこの仮定は様々な観測事実を「合理的に普遍的に」説明し、発言力を増していきました。
あくまで思考実験から生まれた結論であり、だから我々は実際に感じることができませんしどこか現実離れしているのです。
またこの理論が広く受け入れられているのはこれが宇宙の真理だからではなく、「世の現象をもっとも普遍的に合理的に説明できる」からです。

あと、ニュートン力学は間違いではありません。
非光速の世界に限定すれば、この理論は物の運動を過去から未来に渡って見事に再現してくれます。
つまり相対性理論が光速までを見事に精密に記述できるのに対し、
ニュートン力学はもっと適用範囲が狭いですが、その分その範囲の現象をもっと簡単な方法で、しかも実用の上で差し支えない程度の精度で表現してくれる、いわば「近似」ともいうものです。
この関係は物理体系全般に言えるものであり、すべてのことを知ることができない人類が、突破できるところから突破していった、その痕跡なのです。
その過程で「近似」は欠くべからざる必須アイテムであり、だからこそニュートン力学は未だ物理学の基本理論なのです。
現在も三体問題とか地球の気象のような多変数系とか、近似によるシミュレーションしかアプローチ手段を持たない分野を、人類は山ほど持っています。

No.3 回答者： XR500 回答日時： 2019/04/05 10:58

特殊な状況下での理論ですから、その状況は作り出せるものです。

つまり「後出しジャンケン」と同じですから
絶対に負けることはない、間違えることはない、んです。
特殊相対性理論を否定するのではありませんが、
学者に都合のいい理論だということは言えます。

この回答へのお礼

特殊相対性理論(もしくは一般)もかつてのアリストテレスやニュートン力学みたいになる日が来るのかもしれませんね...

お礼日時：2019/04/07 17:22

No.2 回答者： konjii 回答日時： 2019/04/05 08:59

現在でも、相対性理論は100%正しいといわれてません。

理論はいくつもの実験結果で説明されるまで物理理論とは認められません。
そもそも、光速Ｃは光源の速度によらず一定である、ことすら実験で確かめられていません。

この回答へのお礼

やはり間違っている可能性も少なくてもあるんですね...

お礼日時：2019/04/05 09:12

No.1 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/04/05 08:54

>相対性理論は100%正しいといわれてますが

言われていません。
少なくとも極微の世界は記述出来ません。
また修正重力理論は様々なものが提案されています。

この回答へのお礼

たしかに量子論との矛盾もありますからね...
ただ佐藤勝彦先生の本で
特殊相対論は100%
一般相対性理論は99.99%
正しいと書いてあった気がします...

お礼日時：2019/04/05 09:15