相対性理論の光時計についての疑問

物理学に疎い素人ですが、純粋に疑問に思っていることがあるので質問いたします。

光速に近い速度で飛ぶロケットに載せた光時計と、静止した地上にある光時計ではロケットの光時計のほうが進むのが遅いというのは理解できます。
光が不変の速度なら光時計が遅れるのは当然だと思いますが、ここで疑問に思うのが、そのロケットに普通の時計（デジタル時計、アナログ時計）を一緒に載せていた場合、普通の時計ならロケットの速度に影響されるので地上の時計と同じ進みかたをするのではないでしょうか？

個人的には時間というのは存在するものではなく、絶対的なものでもない、それぞれの人間の感覚に左右されるものだと思っています。
そもそも1秒は何を持って1秒なのか？
地球の自転や公転の周期から定義され、今では原子時計を基準にされているそうですが、どれも基本的に何かが元の位置から移動した際の距離で時間の経過を定めています。
確かに、物質（波）の移動した距離によって1秒を定めているのであれば、光時計は正しいのかもしれません。
ですが、実際に人間が感じている「時間」は移動距離と無関係だと思うのです。

よく光速に近いロケットに乗った人間は歳を取るのが遅くなるので、地球に戻ってきたら浦島太郎のような状態になるという話もありますが、これもおかしいと思います。
光時計は遅れたとしても、普通の時計は遅れず、人間の細胞分裂の速度や老化現象も遅れるわけではないと思うのです。
つまり、光時計が遅れたからといって、他のあらゆる現象まで遅くなるわけじゃないと疑問に思うのです。

音速を超えた飛行機で音が逆再生したように聞こえても、時間が逆戻りするわけじゃないのと同じように、
もし、光より速く進んでも光の情報が遅れて届くだけで、やはり時間そのものが逆戻りするわけじゃないと思います。
1光年離れたの星を地球から見ると1年前の状態を見られますが、それはあくまで過去の光の情報であって現在ではないのと同じで。

つまり、光時計が遅れたからと行って、人間の時間の流れの感覚にはなんら影響がないと思うのです。
光時計よりも、人間の細胞分裂のスピード（妊娠から出産までの期間とか）を基準にしたほうがよほど時間的な感覚としてはリアルなのではないかなと思います。
もしかしたら、すでに実験で細胞分裂のスピードも落ちるとかわかってるのでしょうか？

まとまりのない文章ですみません。
相対性理論関連でよく見る光時計の説明だけでは釈然としないものを感じていたので質問しました。

質問者からの補足コメント

• すいません。間違えました。
  
  ＞地球に戻ってきたら皆が自分より年老いていたとか。
  
  そうではなく、光時計の遅れは納得できるが、
  アナログの時計や人間の老化についてはどうなのか疑問があり、
  それについての実験や証明などはできているのか気になって質問しました。
  少なくとも番組等ではその部分の説明についてはされていないので気になったのです。
  下記の回答で素粒子や質量の話で腑に落ちました。

  No.4の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/11/23 14:00

No.1 ベストアンサー 回答者： むらさめ 回答日時： 2016/11/21 20:09

>実験で細胞分裂のスピードも落ちるとかわかってるのでしょうか？

細胞ではありませんが、これは観測により判っています。
素粒子が崩壊する時間が素粒子の速度と共に長くなっている事が実験で確かめられています。

また、重力場が時空を歪ませて時間の進行を遅らせるので、地上よりも宇宙空間の方が時間の進行が早いです。
そのためGPS衛星は内蔵の時計が地上よりも毎秒100億分の4.45秒だけ遅れるように設定されていたり、毎日、時間調整をしたりします。
GPS衛星の精度は地上で私たちが相対性理論の効果を実感できるもので、修正が無ければ段々と示す位置がズレていくようですね。
ズレないように時計を修正している訳ですが…。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
素粒子レベルでも変化しているなら、細胞も当然そうなるのでしょうね。
素人向けに説明された本や番組ではそこまで説明してくれないのでためになります。

GPSに相対性理論が役立っているとは聞いたことがありますが、
宇宙空間のほうが時間の流れが早いというのは面白いです。
宇宙空間でじっとしていたら年取るのが早いのでしょうか。

ここで、ふと気づいたのですが光の速度に近づくと質量が増える＝時間の流れが遅くなるというのと、
地上で小さな生物より重量のある大きい生き物のほうが寿命が長く時間の流れが遅いというのに繋がってきていたりするのでしょうか？
もしそうならとても面白いですね！
なんだかしっくりきたような気がします。

お礼日時：2016/11/23 12:46

No.2 回答者： kothimaro 回答日時： 2016/11/21 20:23

高速移動(v[ｍ/秒])する列車の床と天井(距離をc[m]とします)に鏡を付け、その間に光を上下させます。

これがアインシュタイン博士の「光時計の思考実験」です。

光の速度は変わりません。ですが、静止時にはI字形に片道1秒で上下していた光は、v[ｍ/秒]ではW字形に上下するため、光の移動距離が伸びます。ピタゴラスの定理を使うと、静止時に比べてv[ｍ/秒]では、片道の光の移動距離が1/√(1-Ｖ^2/Ｃ^2)倍となります。
ですから、乗客には光は片道1/√(1-Ｖ^2/Ｃ^2)秒で上下すると見える筈です。

しかし、v[ｍ/秒]で移動する列車内にある時計は、上記のとおり粒子が動き難くなるため1秒間に1/√(1-Ｖ^2/Ｃ^2)秒を刻みます。ですから、乗客には光は静止時と同じく片道1秒で上下すると見えます。

この仕組みにより、乗客の持っている時計と列車内の光時計の進み方は一致します。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://www.geocities.jp/labyrinth125064/hikarido …

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
なるほど。では、光時計とデジタルやアナログの時計は乗客からすると全部時間が一致しているということなんですね。
ただ、光時計が遅れるのは理解できるのですが、なぜアナログの時計も一緒に遅れるのかが不思議でなりません。
それは、下記回答者様のように素粒子レベルで起きている変化が影響を与えているということでしょうか。
粒子が動き難くなると、時計の針を動かす力も影響して…みたいな感じでしょうか。

お礼日時：2016/11/23 13:04

No.3 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/11/21 20:25

>静止した地上にある光時計ではロケットの光時計のほうが進むのが遅いというのは理解できます。

理解しちゃいけません、既にここで間違っています。
あなたは「観測者問題」を無視しています。観測者と共にある時計は遅れません。並進系の「他の観測者」から見た時計が遅れるだけです。
時間については哲学的・心理学的な解釈も出来ますが、それらはそれらの論理系の中で整合するべきもので、物理系での時間は物理系の中で整合しています。それを「無意味に」混ぜてはいけません、両方ともが整合する「上位の系」を定義しなくてはならないのです。
相対論の教科書をもう一度読んで下さい、「素人の意見」は幾ら面白くても系の中で整合していないので「冗談」にしかならないのです。

この回答へのお礼

えっと…、そこを理解できるようご説明していただきたいのですが、説明する能力も読解力もないみたいですね。
下記の方のご回答では素粒子レベルで影響を与えていることをわかりやすくご説明してくださっていますが、あなたの回答はなんかズレているように思います。
しかも、こちらの質問に書いてある文章をご理解いただいてないようで…。
ロケットの乗客の光時計は、地上の他の観測者の時計よりも遅れていると書いてますが、あなたがいっていることも同じですよね。
読み間違えましたか？？
光時計とアナログ時計も同じに動くのかという疑問と、細胞分裂や老化のスピードにも影響するのか質問しています。
表面的な部分だけを読んで、中身のない素人のような感情的な回答をしてバカにするように話すのが目的なら回答すべきではないです。

お礼日時：2016/11/23 13:20

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/11/22 02:18

>静止した地上にある光時計ではロケットの

>光時計のほうが進むのが遅いというのは理解できます

静止した地上にある、ロケットの軌道上にある複数の時計
にロケットが通った時ならOK。
違いの意味がわからないなら、特殊相対論の理解にはまだ
遠いので出直すべき。

>光時計は遅れたとしても、普通の時計は遅れず、
>人間の細胞分裂の速度や老化現象も遅れるわけではないと
>思うのです。

かなり古くからある観測事実に反します。
古くは素粒子の寿命の変化が有名ですが、
近年ではGPSが広く知られ(進みではなく遅れの部分)、
世界中で常時、重力ポテンシャルによる進みと共に
リアルタイムに遅れが検証されています。

この回答へのお礼

本や番組で説明された内容から素人が純粋に疑問に思ったことを質問しています。
出直すとか意味がわかりません。別にその分野で学位を取りたいとか勉学にはげみたいとかじゃないので的はずれです。
疑問に対してこちらが納得できるように説明をして欲しいのです。
それは違うとかこれは正しいとか適当な答えではなく誰にでもわかるようにして欲しいです。
子供が純粋に、なんで太陽は東から上り西へ沈むの？？という質問に対して、同じように答えるでしょうか？
あなたのような人はきっと、説明してあげずに勉強しろと罵って終わるのでしょうね。
そもそも、この分野で勉強している人間はこんな所で質問なんてしませんよね。
No.3の人もそうですが、教科書だとか、出直せだとか「教えてGoo」の意味がありません。
素朴な疑問にみんなが答える場所じゃないのですか？
例え真面目に本格的な質問をしてもそれに対して真剣に答えず相手を貶めるような答えしかできない人なのでしょう。

私の文章がわかりづらかったでしょうか？
素人向けの相対性理論の説明でよくあるのが、光に近い速度でロケットに乗った人間が他の星から地球に戻って来た場合、地球の時計では1年間であっても、ロケットの乗客の時計は1年よりも短い時間しか刻んでいない。というのがありますよね。
地球に戻ってきたら皆が自分より年老いていたとか。ウラシマ効果とか。そのことについて書きました。
それは理解ができると書いたのです。これが間違っているのなら、その説明をした本や番組は間違った説明をしているということになります。
しかし、そういった素人向けの本や番組ではその他の疑問を埋めてくれるほどには説明してくれません。
ふと思った純粋な疑問を質問しただけです。

tknakamuriさんが説明なさっている「静止した地上にある、ロケットの軌道上にある複数の時計にロケットが通った時ならOK。」は、
いったい何に対しての答えでしょうか？

＞かなり古くからある観測事実に反します。

では、ここで素粒子の寿命の変化について説明してくださるとありがたいのですが、
「有名」だとか「知られ」だと言うだけで内容について一切説明されていません。
ソースを示すことも、わかりやすく説明することもできないということですね。
疑問に対する答えではなく、単に「それは違う」と言うのは簡単ですしね。

お礼日時：2016/11/23 13:55