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アインシュタインの特殊相対性理論について 前文 このような物理理論を解説する場合、学者の方々などの専門家の方が解説する場合は、社会的責任を背負っている立場上、いくらわかりやすくと言っても嘘が付けない、本題から離脱できない等、どうしても限界があります。 分かりやすく比喩的に例示する方法は私たちのようないわゆるシロウトにとっては、何とも目を覚ますような理解を得るとっても有意義なやり方ですが、プロの皆様にとっては、逆に最も難しい、歯がゆいことかもしれませんね。
そこでシロウトなら出来る、責任のないコラムということで、皆様に分かりやすく解説してみたいと思います。 @ 何が『相対性』なのか・・・まず初めに大切な考え方を知ってください。 これはお互い様理論ということをあらわしています。
ケース1.車で斜面をずっと走っていると、いつの間にか自分が登っているのか下っているのか分らなくなる時がありますね。
ケース2.車などで走行中にほんの少し傾いた電柱などが目に入るとその背後の建物が一瞬傾いて見えたことはありませんか。
こうしてお話してみるとご自身でも思い当たるケースがありますか。例えば目の錯覚を利用した遊園地のアトラクションなど心当たりを探してみて下さい。つまり、これ等は人間の錯覚を利用しています。 それではこれをとりあえず宇宙規模で見たらどうなるでしょうか。今はガリレオ時代のように地球が全宇宙の中心軸だと思っている人はいませんね。地球は太陽の周りを廻っています。それでは太陽は止まって回転しているだけなのでしょうか。・・・違います。太陽は銀河系を約数億年で周回していると言われています。それでは銀河系は静止しているのでしょうか。・・・その果ての宇宙は、?
前説では垂直か否かについてお話しましたが、同様に静止か運動かについても同じことが言えるのです。 まずこれがなぜに相対性(相対性理論)なのかを考える基本です。 A もう少し・・・静止しているを考える
宇宙空間において完全に静止しているものはありません。しかし皆さんは確かに立ち止まっています。 宇宙船のコックピットに着座している人間は宇宙船を基準として考えれば確かに静止していますが、宇宙船自体はものすごいスピードで飛んでいるのです。しかし逆に・・・もし仮に銀河系と同方向、同速度で動いているとすれば、その宇宙船は静止していることになりますね。
こんな一見、乱暴にも見える考え方の基本が相対性理論を知る上での基本になることをまずは理解してください。 B 宇宙を考える=関数(数式として)に置き換える=単純な一次関数として考えて見ましょう。 δ=α×β これは基本的関数 y=f(x) の考え方です。
例えばこれは距離δ=時間α×速度βという地球上空間で成り立つ単純比例式です。 答えA=10を絶対値とすると β=5とおくと10=α×5よりα=2となります α=1とするには10=1×βよりβ=10が必要です。
これを
アインシュタインが考える宇宙の時間、速度と空間にこの式に当てはめて見ましょう。
この宇宙空間を考えたとき、唯一自然界の中で光速のみが不変であると考えたその理由は分りません。
この宇宙空間を支配するものは光速です。時間と空間は光速を絶対値としてそれぞれが伸びたり縮んだりするのです。 とりあえずはここまでで・・・次項の後、更にこのことについて詳しく見てゆきましょう。 C 私達が住むこの地球空間は、同様にこの時間×空間の原則のなかにいながらも光速の規模に比べてあまりにも小規模な為に上記のような時間や空間の歪みなどは感じることが出来ません。光速は 速度30万q/秒であるといわれています。この速度は自然界の絶対速度、つまり他の全てのものはこれを超えることが出来ないとされているのです。 それでは次のような場合はどうなるのでしょう。
1.速度20万q/秒で飛ぶ宇宙船から速度20万q/秒で宇宙船を発射すると20+20=40q/秒となり光速を超えるのではないか。 一見すると複雑な公式に見えるかも知れませんがV及びUは光速30万kmを超えることがないのですから光速2を分母としてやれば最大でもVU/C2は1にしかならないというだけのことです。つまり最大でも D ここで改めてBに戻りましょう。光速を絶対値とし、時間と空間(時空)が伸び縮みするという理論は上記Cの通り、光速に限りなく近づくことで体験?出来ます。 光速で飛ぶ宇宙船から進行方向と垂直に光弾を発射したらどうなるでしょう。
しかしある星にいる人が外から見ると宇宙船は光速で飛んでいるので さてここで問題です。何が矛盾しているでしょうか。
そうです。乗員も星にいる人も同じものを見ているのに光弾が飛んでいる距離が違います。光速は絶対値なのです。
つまり光速度絶対の法則が正しければ距離x×時間θのどちらか、又は両方が変化しなければ成り立たないと言うことです。 さらに進んで考えてみると相対性理論の応用編として、いろいろと面白い現象を考えることが出来ます。 例1.マンガ宇宙戦艦大和ではワープ航法なるものがありましたね。つまりもし、光速を超えることが出来たら?
これは特殊相対性理論の根本をごく解りやすく説明したものです。もし興味抱くことが出来れば是非一度読んでみることをお勧めします。
ガリレオが地動説を唱えたときに誰もが信じ得なかったでしょうが、今は天動説を信じる人はいませんね。アインシュタインが光速のみが絶対であり空間と時間が伸び縮みするのだと言っても、もう皆さんは決して驚くことなく、当たり前田のクラッカーなのです。 さいたまの設計事務所 Hiro 空創舎 一級建築士事務所 皆様のお問い合わせを心よりお待ち申し上げております。 |