まだ読書中なので読み終わっていません。
時々、読んでいる最中に書きたくなる(笑)。

読書そのものが久しぶりなのですが、物理関係となるとさらに久しぶりです。

私が相対性理論に触れたのは30年以上も前。
以来、一般向けの本をいろいろに読んできました。

そして、今回はこちらの本。
『文系編集者がわかるまで書き直した』のだそう。
今、半分くらいでしょうか。

こちらの本にこのような記述があります。

『ニュートン物理学の描像では、時間は誰に対しても共通の絶対時間であり、誰にとっても同じという意味で、ある種の不変量だった。しかし、光速度を不変量とする相対論では、時間や空間は逆に不変量ではなくなり、それぞれの観測者に固有の物理量─固有時間（proper time）─となる。』

うん。
面白い。

ちょっと自分なりに書いてみたくなったわけでした。

光速度不変の原理

「光速度不変の原理」というのは、相対性理論の土台となる原理です。

ニュートン力学では光の速度は一定にはなりません。ですから、アインシュタインは、光の速度が一定になるようにニュートン力学を書き換えたのです。

「光の速度が一定不変である」

それだけのことです。
たったそれだけのことなのですが、その「それだけ」のことがとんでもない事実を導きだすことになります。

光速度が不変であるということを受け入れるためには、時間と空間が不変であるということを捨て去らなければならない。

いったい全体、時間と空間が一定でないなどと、考えたことあります？

速度と時間と空間

速度$${v}$$と、時間$${t}$$、空間$${x}$$の間には次のような関係があります。

$${v=\dfrac{x}{t}}$$

速度が大きくなればより遠くまで移動できるようになります。これは感覚的にもわかりやすいですよね。歩いて移動するのと、車で移動するのを比較するだけでもすぐにわかります。1時間歩けば相当な距離を移動できますが、車であればより遠くまで到達できます。それは車の方が速度が速いからにほかなりません。まさか『速度は同じで時間がのびたから』なんて誰も考えませんよね。

速度ではなくて時間が変わる

ところが。

移動するものが光となると話は変わります。

AさんとBさんが同じ光を見ています。
でも、Bさんには光は長く移動したように見えました。

この時・・・。

『光が速くなった』

とは考えないのです。

何故なら『光速度は不変』なのですから。

光の速度は変わらない。
これは原理なのです。
変わらない、そして変えられない。

$${v=\dfrac{x}{t}}$$

この式において、$${x}$$が大きくなったとき、普通なら$${v}$$も増えたと思う。
『遠くまで行けるのは速度が速くなったからだ』
そう思うのが普通です。

でも、光の場合はそうはいきません。
光の速度$${v}$$は変わらないからです。

では、どうするのか。

$${v=\dfrac{x}{t}}$$

この式において、 $${x}$$が変わったのに、$${v}$$は変わらない。そうすると、$${t}$$を変えるしかありません。時間です。
遠くまで行けたのは、速度が速くなったのではなくて、時間が早くなったからだと考えざるを得ないわけです。

時間が早くなったというのは、いったいどういうことでしょうか。

Aさんの時間経過よりBさんの時間経過の方が早い、すなわちAさんよりBさんの時間の方が早く進むことになるのです。

え？って思いません？

時間が早く進むの？
そんなことって、ある？
時間はいつも一様に同じ速さで流れていくはずでしょう？

そう思ってませんでした？

私はそう思っていた。

ですからものすごい衝撃でした。
時間の流れる速度が変わるなんて！

時間の流れる速度が変わる。

このことは既に観測されています。
今や私たちの生活に欠かせないGPS。

これは地球を周回する衛星を利用していますが、この衛星の時間は地上の時間と流れる速度が異なります。それはほんのわずかの時間で、人が体感できるほどの差ではありません。ですが、GPS で位置情報を測定するためには極めて正確な時刻情報が必要です。このため、GPS衛星の時刻は、地上と一致するように補正されています。

特殊相対性理論では、移動する速度が速ければ速いほど時間がゆっくり流れるようになります。
一般相対性理論では、重力が強いほど時間がゆっくり流れます。

今まで当たり前と思っていた認識を根底から覆してくれる。

速度が変えられないなら時間を変えるまで。
速度が変えられないなら空間を変えるまで。

それが相対性理論なのです。