アインシュタインが革新的アイデアを着想するヒントになった5つの思考実験
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1. 光を追っていると想像する思考実験
これはアインシュタインが16歳のときに始めた思考実験だ。空間を移動する光を追ったらどうなるだろうか？
どうにかして追いつくことができるのだとすれば、空間で停止した光を観察できるだろう、とアインシュタインは推測した。だが光は空間で停止しない。さもなければそれは光でなくなってしまう。
やがて彼は気がついた。光の度は遅くなったりせず、常に光で自分から離れていかなければならないのだということに。ゆえに何か別のものが変化しなければならなかった。そう時間だ。これこそが特殊相対性理論の基礎となった。
2. 電車に乗っているところを想像
あなたが電車に乗っており、友人がその外に立って目の前を通過することころを見ているとしよう。雷が車両の両端に落ちたとしたら、友人は雷が同時に落ちる場面を目にするだろう。しかし、電車に乗っているあなたは、電車が前進しているので、前方に落ちる雷により近い。その分、光の移動距離が短くなるので、まずその雷を最初に見るだろう。
この思考実験は、移動している人と止まっている人では時間の流れが異なることを示している。ここからアインシュタインは時空は相対的なもので、同時性は存在しないと信じるようになった。これも特殊相対性理論の基礎である。
3. ロケットに乗る双子を想像
この思考実験は、アインシュタインの光時計の思考実験の有名な別バージョンで、時間の流れに関係する。例えば、あなたには双子のきょうだいがいて、ほぼ同時に生まれたとしよう。しかし、双子のきょうだいが誕生した瞬間、その子は宇宙船に乗せられ、光に近いさで宇宙へ向けて旅立ってしまう。
アインシュタインの特殊相対性理論によれば、あなたとあなたの双子は違うさで歳をとる。光に近づくほどに、時間の流れが遅くなるからだ。したがって、双子のきょうだいはゆっくりと歳をとる。宇宙船が地球に戻ったとき、あなたは定年後の生活を考えているが、きょうだはようやく青春を迎えようとしている……そんなこともあるかもしれない。
4. 箱の中に立っているところを想像
あなたが浮かんでいる箱の中に入っているとしよう。外で起きていることは一切わからない。突然、床が落ち始めた。どうしたのだろうか？ 重力で箱が引かれたのだろうか？ それとも括り付けられていたロープで上に引っ張られ、加しているのだろうか？
この2つの効果が同じ結果を生み出すという事実から、アインシュタインは重力と加との間に違いはないと結論付けるに至った。どちらも同じものである、と。
今度は、前述した時間と空間が絶対的ではないということについて考えてみよう。もし動きが時間と空間に影響し、重力と加が同じものならば、それは重力が実は時間と空間に影響するということになる。重力の時空を歪ませる能力は、一般相対性理論の主要部分である。
5. 両面コインを投げたところを想像
アインシュタインは量子論の最大の支持者ではなかった。むしろ、常に思考実験によってそれを反証しようとしてきた。だが、量子論の先駆者たちを理論の完成へと導いたのは、こうした思考実験であった。
量子論と関連のあるアインシュタインの思考実験の1つのことを、彼自身は”奇妙な遠隔作用”と呼んでいた。簡単に半分に割ることができる両面のコインを想像しよう。これをコイントスし、どちらが上になったのか確認しないまま片面を友人に渡し、もう片方を自分で持った。ここで友人はロケットに乗って、宇宙へ飛び立った。
それからあなたは手の中に握りしめているコインを確認する。表だ。そしてその瞬間、あなたは数十億光年は離れた場所にいる友人のコインは裏であることを知る。
もしこれらのコインの面は不確定なままで、あなたがそれを見るときまで表と裏の狭間を繰り返し変化していると思うのならば、コインは光を無視して、たとえ何光年コインが離れていようとも瞬間的に互いに影響しているに違いない。
These 5 mind-melting thought experiments helped Albert Einstein come up with his most revolutionary scientific ideas/ translated & edited by hiroching
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コメント
1
1. 匿名処理班
- 2016年08月04日 20:45
- ID:EjvVaF.q0 #
わー ぜんぜん分からないよ！
けど オラすっげーわくわくするぞ！！
2
2. 匿名処理班
- 2016年08月04日 20:49
- ID:9HC6O2PO0 #
光の移動＝時間、これが覆されたらまた違う世界が広がるのかな？
3
3. 匿名処理班
- 2016年08月04日 20:53
- ID:aCAAlGV.0 #
こういった記事に興味はあるんですが、語力の無い自分は微妙な言い回しがいまいち解りづらかったです。
4
4. 匿名処理班
- 2016年08月04日 21:22
- ID:Kblyv5r20 #
データを収集するのに基本であるはずの、
観測点を増やすという行為は、
現実ではなぜか常識が一番の壁になるんだな。
でも、思考実験はそういう壁がない。
これは、本当に大きい。
5
5. 匿名処理班
- 2016年08月04日 21:28
- ID:kUg8XmHX0 #
1万2000年後かぁ
6
6. 匿名処理班
- 2016年08月04日 21:46
- ID:9MR4gMRg0 #
5.はまさに量子もつれの話だね
7
7.
- 2016年08月04日 21:47
- ID:elZIOfiE0 #
8
8. 匿名処理班
- 2016年08月04日 22:01
- ID:7NXCDgsC0 #
普通は考えて他人に話しても、くだらねー の一言で
9
9. 匿名処理班
- 2016年08月04日 22:04
- ID:BinaEIVz0 #
特殊相対性理論だね（一般相対性理論のほうが難しい）
双子のロケット、エレベーター辺りはＴＶの特集で見た覚えがある
地球に残ったほうが「宇宙ーでーはーさびしーいーよー」て間延びしたメッセージを受け取るんだ
10
10. 匿名処理班
- 2016年08月04日 22:14
- ID:yGOsfqA10 #
なんつーか、光すらも抜け出せないブラックホールっていうのは矛盾してる気がする。だって時間が無限大で止まってるのに爆ぜるのは何で？重さに耐えきれないとか、時間の流れって不変だと思う。光が重力に曲げられるのは物質だから。なぜ光基準なのかがそもそも理解できない。
11
11. 匿名処理班
- 2016年08月04日 22:19
- ID:S8Q1MlV30 #
発想の奇抜さや特異さも然ることながら
その特殊な発想を突き詰めていけることに狂気すら覚える
普通は「いやいやあり得ない」で思考停止するでしょ
天才と狂人てホント紙一重だわ
12
12. 匿名処理班
- 2016年08月04日 22:31
- ID:KRXHu6eG0 #
なるほど、まったくわからん
13
13. 匿名処理班
- 2016年08月04日 22:48
- ID:BinaEIVz0 #
アインシュタインつながりで、前の記事の話
『「宇宙の地図」 アインシュタインの相対性理論初となる宇宙のフルモデル化が完成』
てやつ
これで36のコメント
「あのニューロン細胞に似た宇宙象、アレとコレとの関連を誰か説明してくれないか？」
どなたか説明できる人、どうかよろしくお願いします
14
14. 匿名処理班
- 2016年08月04日 23:06
- ID:64SjA3Eg0 #
>光の度は遅くなったりせず、常に光で自分から離れていかなければならないのだということに。ゆえに何か別のものが変化しなければならなかった。そう時間だ。
さっぱりわからんｗ
15
15. 匿名処理班
- 2016年08月04日 23:28
- ID:j0Ezmuxh0 #
※10 ＞時間の流れって不変だと思う
それがニュートン力学の間違いで、相対性理論との一番の違い。
ニュートンは、時間の流れは立場が変わっても、変わらないとした。
地球上では誤差ですんだが、宇宙で観測すると誤差で済まないレベルだったが、相対性理論が出ると誤差無しのドンピシャで観測できた。
光基準なのは、唯一変わらないのは光のみだから。
止まってる人から見ても、光の50％で動いてる人から光を出しても、光は一緒。（解りズらいね）
16
16.
- 2016年08月04日 23:53
- ID:goxr8GiL0 #
17
17. 匿名処理班
- 2016年08月04日 23:56
- ID:U34zUeAA0 #
最後のはシュレディンガーの猫っぽい？
実際にどちらが上だったのか確認して
当事者の中で『事実』が確定するまで
可能性はいくらでも変化しうるみたいな
18
18. 匿名処理班
- 2016年08月04日 23:59
- ID:XjEkpX7D0 #
※10
時間の流れは普遍じゃないよ
異なる系で時間の進み方が違うのは実証されてる
例えばＧＰＳ衛星は地上と比べて、度の差と重力の差によって時間の流れがくなっているので、ＧＰＳ衛星の時計はほんのわずかだけど遅く進むように設定されてる。
今のところ相対性理論がこの異なる系の時間のズレを一番よく説明できているという話
19
19. 匿名処理班
- 2016年08月05日 00:03
- ID:enWaepgv0 #
※10
曲がってるのは空間そのもの
20
20. 匿名処理班
- 2016年08月05日 01:18
- ID:KLA.hHS20 #
※13
度が"ある一定時間"に"どれだけ移動するか"の割合を示してるというのはご承知の上だと思う。
ここでE君が、光を様々なさで追いかけながら観測してるとしよう。
1度目の試行では、E君は光と同方向に時10kmで進みながら、光の度を計測した。
そして、2度目の試行では、E君は移動度を時1225kmに変えて観測した。
しかし、結果を見てみると、どちらの測定結果でも光の度は一定であった。
試行2では時1215km分遅く観測されるはずなのに、だ。
度が変わらないのであれば、時間の流れが変わっていると言うことになる。
つまり、E君の移動度がくなった分、E君にとっての時間の流れは遅くなっていたわけだ。
21
21. 匿名処理班
- 2016年08月05日 07:25
- ID:O5e9HLDk0 #
ワハハ、読んでもわからない！（笑）
22
22. 匿名処理班
- 2016年08月05日 07:49
- ID:1Ffs6T.q0 #
丁寧な解説ありがとう。
だがわからん！！
時間が変わるのが理解できない凡人です
成長まで遅くなるの？なんで？？細胞にまで時間の流れは作用するの？
23
23. 匿名処理班
- 2016年08月05日 08:38
- ID:j2vYY4Ig0 #
有名な思考実験だね。
１が光度不変の原理
２がガリレオの相対性原理を発展させたモノ。
３は「時空」が重力や度によって相対的なモノである事を示すモノ
４が自由落下による仮無重力状態を示す思考実験、これが一般相対論へと繋がる。
５はEPSパラドクスとして発表されたモノの変形版だね。
「同時」とは何か？
と言う点で地味にこの思考実験は危なっかしいパラドクスだ。
24
24. 匿名処理班
- 2016年08月05日 09:11
- ID:WuhfclmT0 #
※12
多分ニューロンみたいなものと言われる宇宙は宇宙の泡構造と呼ばれる宇宙ですよね。
あれは地球から観測できる光をプロットしたものです。観測により分布が均一ではない事を示してます。
一方この相対性理論を用いた宇宙のモデルは観測された銀河団を相対性理論で逐一計算し重力の強弱を可視化したものだと思われます。
ですので同じ地図を番地で書いているか標高を3D化して立体に見せてるかの違いだけだと思います。
25
25. 匿名処理班
- 2016年08月05日 11:37
- ID:8YUB0eSc0 #
>>17
シュローディンガーの猫以前に量子論ってちゃんと書いてあるでしょ
26
2
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