高速度運動体における時間の遅れ

質問

１、仮に光速の８０％で１年間宇宙旅行し地球に戻るとたとえば１００年たっている、といことが宇宙や物理の一般書には書かれていますが、これは地球を含む全宇宙が１００年経過しているということでしょうか。
２、速度に対する時間の遅れはどの程度でしょうか。無限に光速に近づけば無限に時間は遅れるのですか（ついには時間が止まる、即ち運動体の中にいる人間は死なない－－外部の観測者から見ると永久に生き続けている）。

回答No.5

SPROCKETER

相対性理論で宇宙旅行を説明しようとすると、光速に近づくほど時間が遅くなり、光速に無限に近づくと時間がほとんど止まってしまうほど遅くなるという結論になりますし、実際、粒子加速器を使った実験でも素粒子の寿命が相対性理論で予測される分だけ延びているのが確認されていますから、間違いではないのでしょうが、光速に無限に近づくほど速い宇宙飛行が果たして可能かとなると、いくつかの疑問が出てくるように思います。

　宇宙船が光速に近づく遥か以前から、宇宙船と衝突する星間物質との摩擦が大きくなり始めていて、宇宙船は太陽のような超高温で燃えながら飛行する結果になるからで、あまり長時間は光速度飛行が出来ないかもしれません。

　宇宙空間に存在する恒星の中には、光速に近いほど超高速で運動しているものがありますが、これは巨大なブラックホールの周囲を公転している恒星や巨大なブラックホールに異常接近した結果、逆に弾き飛ばされた恒星などがあり、銀河間を高速で飛行している恒星も発見されています。こういう特異な恒星でも、光速とほぼ同じ速度で飛行している星は見つかっていないようです。

　逆説的に考えると、質量がほとんどない物質で宇宙船を作れれば、僅かなエネルギーで光速に近い速度まで加速出来る可能性が出て来ますが、光速に近づいて時間の遅れが知覚出来る前に熱や放射線の問題が出て来るでしょうから、時間の遅延が問題になる可能性は少ないだろうと思います。

回答No.4

s_hyama

相対性理論ではない自論で説明させていただきます。

１、変化率=1/√(1-宇宙船の速度^2/光速度^2)で、行くと宇宙船の速度80%では、1.67倍にしか変化率が落ちませんので、地球に帰ると1.67年経っています。
宇宙全体でみるとといいますが、宇宙は同時に変化しているだけで、過去も未来とか特別な次元はありません。　８０％で移動した旅人の固有変化率が地表に比べて遅くなっただけです。

２、変化率は、先ほどの式で宇宙船の速度もしくは、光速度に対して何％とか当てはめれば電卓で計算できます。　時間の変化率などと簡単にいいますが、まだ粒子レベルで加速度試験されているだけで、人間や生命を乗せてどうこういう段階ではないです。
普通は時間が遅れるほどの環境になれば、人体に影響あります。
光速度が最高速なのはご存知だと思いますが、それほどのスピードに近づくということは、圧力がかかり結果時間が変化すると考えたら、相対性理論のような脳天気なことにはならない可能性はあります。
宇宙全体が慣性運動して光速度を越えてる話とは、その場で移動する話は別ですね。

お礼

大変ありがとうございました。もう少し自分の頭を整理し質問内容を明確化してから再度質問使用と思っていますので、お時間あるときは又よろしくお願い申し上げます。

回答No.3

gyrocompas

身近な現象で、相対性理論の効果が体験できます。
それは、電線に電流を流したときの磁気の発生です。
電線に電流を流すと、電子は、光速の何分の１か（正確なところは計算してみてください）
になりますが、電子の流れる方向にローレンツ収縮が起こります。電子の電荷は、
相対速度によって変化しないので、結果的に観測者からは、
電荷密度が上昇しているはずで、
電場が強くなっているはずですが、
電場の伝達速度が有限な光速であるため歪みを起こし観測者からは磁気として測定できます。

実は、アインシュタインが特殊相対性理論で最も説明したかったのは
上記の電磁場の現象です。

まとめれば、教科書によく書いてあるように、
特殊相対論の目的は、
マクセルの４つの電磁気方程式を、
相対運動をするどの観測者からも同じ形式で
成立させることです。

１．について
光速に近い宇宙船の時間は遅れて観測できるということです。
「実際に遅れているどうか」とういう表現は、相対性理論では意味をなさない。
観測者が決まってはじめて宇宙の法則が存在するという考え方です。
「地球を含む全宇宙」の観測者は、地球の人ですか、
宇宙船のひとですか？
ちなみに、宇宙船から見た地球の時間は遅れて見えます。

２．速度に対する時間の遅れ－－＞意味不明なのでお答えできません。

お礼

大変ありがとうございました。もう少し自分の頭を整理し質問内容を明確化してから再度質問使用と思っていますので、お時間あるときは又よろしくお願い申し上げます。

回答No.2

noname#175206

おー、No.1 do_ra_ne_ko様が進めの本って、私も特殊相対論入門に一押しです。少し補足しておきますと、書名は「わかる相対性理論（アベリヤノフ著）」です。
　数式を使った説明が出てきますが、数式には四則演算（2乗を含む）とルートしか出てきません。微積分など、まったくない平易な本です。
　にも関わらず、啓蒙書で出て来るような話題は、たとえば「双子のパラドクス」など、ほとんど網羅されています。まあ、古い本なんで最新の話題はありませんが、「ああ、別冊ニュートンに書いてあったのは、こういう理屈なのか」などと、すっきりします。

　とりあえず、ご質問に答えておくと、両方とも「おおむね、そうです」と答えることはできます。
　ただし、光速の80%ごときでは、1年が100年に対応したりしません。光速の約87%で1年が2年に対応する程度の効果です。
　また、光でない普通の物質は光速度未満の速さにしかなりませんので、時間が完全に止まることはなく、外から見て中の人が永久に生きているということはできません。

お礼

大変ありがとうございました。もう少し自分の頭を整理し質問内容を明確化してから再度質問使用と思っていますので、お時間あるときは又よろしくお願い申し上げます。

回答No.1

do_ra_ne_ko

アインシュタインの最初の相対性原理に関する論文を読みました。

勿論のこと翻訳ですが、論文そのものです。
最初の１ページほどは理解できたのですが、その次のページは駄目でした。
真面目に、数日間は考えたのですがギブアップしました。

それから相対性原理について知ることは不可能だと思っていました。
ところが、このサイトで
Ｑ　相対性原理について分かりやすく説明した本は？
Ａ　例えば、「わかる相対性原理」アベリヤノフ著、東京出版
という内容のＱ＆Ａを見つけました。

当初は、相対性原理が 「わかる」 などという題名の本などまゆつば物だと考えていました。
アマゾンで見ると古本で２００円ほど（送料は別途）でしたので駄目モトで購入しました。

ところが、小出昭一郎　監訳　とありましたので、これはひょっとすると本物かも。
アインシュタインの論文ではウロ憶えですが、電車の中で光をだして・・・・・
この本では、ロケットの中で光をだして・・・・

１００ページほどの小型の本ですが、３０ページほど読み進んだとことです。
しかし、よく分かるのです・・・・・・・
アインシュタインの論文は記憶では１９０５年ですので、１００年たって庶民にも理解できる
ような説明が開発されたのでしょう。　当方の頭が悪くなっても良くなることは考えられませんから。

肝心なご質問への回答ですが、急がばまわれ、でして２００円ほどの投資をされることをお勧めします。
ご質問に対する答えが数式を使って丁寧に説明されております。

まあ、個人個人には好みというものがありますので、断言はできませんが・・・・・

お礼

大変ありがとうございました。もう少し自分の頭を整理し質問内容を明確化してから再度質問使用と思っていますので、お時間あるときは又よろしくお願い申し上げます。