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宇宙空間で、母船から見て1.3光年先にある惑星から、宇宙船が母船に戻ろうとしています。さて、宇宙船には1年後に爆発する時限爆弾が仕掛けられていたことが判明しました。時限爆弾は母船でしか解除できません。宇宙船は光速の80%で飛べますが、1.3光年は光でさえ1年では到達できない距離です。宇宙船は到着できず爆発してしまうのでしょうか、それとも無事母船に到着出来るでしょうか。

答えは、「爆発前に無事到着出来る」です。
これは、相対性理論によると空間が縮むから無事母船に到着出来る。
ということらしいのですが、よく分かりません。
僕は中学生なので分かりやすく教えてもらえると有り難いです。

どうか、誰か教えて下さい。

A 回答 (5件)

分かりやすい説明は、




その惑星から宇宙船は光速の80%で飛んで来る。
宇宙船は1年間で0.8光年進む。

母船がその惑星へ光速の、例えば50%で飛んで行く。
母船は1年間で0.5光年進む。

1年後、宇宙船と母船は、惑星から0.8光年離れた地点で無事会合する。


(以上、科学。
アインシュタイン相対性理論は、否科学。)
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相対性理論についてのおたずねですね。

正確な説明は数学でしなければなりません。文章だけでかけばどうしても不正確になりますが、私が以前、掲示板で回答したこととも重なりますが、わかりやすく書いてみます。

今回の問題は少なくとも等速で宇宙船が動くということを前提にして考えれば、特殊相対論の話になりますね。特殊相対論は公理としてふたつあげています。

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、動いている物体からみれば、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。

ですから、1.3光年というのは私達の星にむかって制止している慣性系で計測した距離なんです。ところが、動いている慣性系からみると、1.3光年もなりません。そんなばかなことと思うのですが、それが特殊相対論の計算の帰結なのです。特殊相対論については現在のあらゆる観測に合致します。特殊相対論は空想でもなんでもなく、いまや量子力学とならんで現代物理学を支える正しいと認められている理論なのです。

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。

参考文献をあげておきます。

フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
特殊相対性理論
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A% …
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相対論に興味を持たれるのは結構ですが、こういう質問の仕方を連鎖質問という、ルール違反で削除の対象となっています。

この回答への補足

以後気をつけます。

補足日時:2008/03/31 17:04
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空間は0.6に収縮しているはずです

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えーと、相対論に関する質問を連発されておられるようですが、


相対論というのはmichi_2008さんも疑問に思っておられるように、
直感とは甚だ異なる理論です。

本当は1から説明すればよいのでしょうが、
このような回答欄が限られているところでそれは極めて難しい。

一応相対論の時空に関する部分は、
前提知識としては中卒程度の数学の知識があれば理解できないことはないのですが、
「相対論は間違っている」と主張する者が余りに多い、
(私からいわせればそのほとんどは相対論を正しく理解していないだけなのですが)
それなりに理解するのが難しい理論です。
ですので、理解したければ、
まずNewton別冊の『みるみる理解できる相対性理論』などを読んでみて、
それでも理解できないのであればその箇所に関してまた質問に来るのがよいと思います。

この回答への補足

今度Newtonを買ってみます。

補足日時:2008/03/26 11:01
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