適当な一般相対性理論のまとめ
特殊相対性理論は
『光速度一定』と『特殊相対性原理』だけで
わかるという なんとも味気ないはなしで終わったよね
『相対性原理』 どのような系においても物理法則は同じ
このことはアインシュタインさんの大前提
たしかにこの前提が無ければ
物理学自体が成立しなくなっちゃうんだから
当然だよね
誰しも自分のいる場所が絶対だと思っちゃう
アインシュタインさんもけっして
それを否定したわけじゃないんだ
じぶんのいる場所 自分の観測点での物理法則は正しい
だからといって自分以外の観測点で観測したものが
決して間違っているわけじゃない ってこと
特殊相対性理論の肝は『光速度一定』のほう
ニュートン力学で 異なる慣性系の間の
ズレを修正していたガリレイ変換に疑問を投げかけたのが
この光の速度がどの慣性系から見ても
同じ速度だって観測結果
そこから慣性系どうしの物理法則の翻訳を
導き出したってこと
ただこの翻訳（ローレンツ変換）をするためには
これまで考えられていた
世界は空間だとする考え方から世界は時空間だ
という考えかたへの変更が余儀なくされたってことだね
では一般相対性理論はどうなんだろう
良く書かれているのには
『等価原理』と『一般相対性原理』が
一般相対性理論の骨子ってことになっている
ここでも相対性原理は当然のことだとしておこう
目の付け所は『等価原理』
慣性質量と重力質量っていうのは
同じものじゃないか？ という問いかけ
これも観測結果からの発想だね
今度はニュートン力学で
万有引力の法則から導かれた天体の運行には
補足説明がいるんじゃないか って
疑問を投げかけたんだ
一般相対性理論が特殊相対性理論の
拡張理論として提案されたという書かれ方が多いけど
それだけじゃないような気がする
系 慣性系も加速系も重力系もそのどれから見ても
各物理法則をそれぞれの系にいる観測者に翻訳しよう
という意志はあったと思うけど
だけどそれだけじゃなくて
『宇宙』ってなんだ？ という
科学者なら必ず直面するシンプルな疑問に
挑戦したような気がするね
どちらにしても発想はシンプルだったんだと思うよ
でも それを論理立てていくと
特殊相対性理論のローレンツ変換から
種々の新たな物理法則の概念が出て来たのと同じで
一般相対性理論のアインシュタイン方程式からも
新たな物理法則の概念が生まれた
そんな気がするんだ
始まり
ここからはいつものことで
事実でも真実でも無い ぼくの妄想
電磁気学がニュートン力学では説明しきれない
これが一つ目の問題点
光の速度がどのように計測しても
運動方程式の計算結果とは合致しない
これが二つ目の問題点
宇宙は真空だと言われるのに太陽や星の光が届いてくる
これが三つ目の問題点
この辺りから探偵の謎解きが始まるんだよね
電磁気学がニュートン力学の法則とずれている と
光の速度が常に一定 ということは
観測結果としての事実
たしかに観測結果が間違っているという可能性は否定しきれないけど
今（その当時）のところ数多くの観測結果が
光速が一定ということを示している
という事実は提示されていたわけだ
そこで光速はどのような慣性系においても
同じ速度であるという仮説が立てられた ってこと
もちろん物理学得意の（今のところ正しいとされる）仮説だね
もっとも いったん『なぜ？』の部分は
保留ってことになったけど
続いて真空だとされる宇宙空間を
光が進めるのはなぜ？ って問題が出てくる
光は粒子の性質も持っているということは
光電効果でアインシュタインさん自身が
仮説として立てたけど
あくまでも「性質も持っている」であって
光は粒だとは言っていない
これも観測実験の結果
光（電磁波）は性質として『波』だってことが
今のところ出てしまっているから
仕方がない ってことにしよう
だから この辺りも
光が粒子か波かはいったん保留にして
光は波の性質と粒子の性質を併せ持っている
そういうことにしたんだ
なんとなく関西人特有の
最後に「知らんけど」を付ける文化と
最先端の物理学って似ているのかもしれない
光には波の性質がある
となると その波を伝える媒体があるはず
けっこう昔からある疑問だけど
もしかすると未だに解決できてない疑問かもしれない
探偵と物理学者
「真実は一つ」
これって某少年探偵のキメ台詞だね
突っ込むほどのことじゃないけど
哲学的に言えば「事実は一つ」なんだと思うけど
誤解を承知で書けば
『事実』は現象そのもの
『真実』は観測された現象 ってことだと
考えたらいいんじゃないのかな
もっともぼくたちには『事実』は理解不能らしいから
観測された現象（真実）を基に
現象を推理していくしかないんだね
その意味では物理学というのは
最高の推理小説 と呼んでいいのかもしれない
実験物理学者さんたちは鑑識や聞き込みにまわる
実働部隊
理論物理学者さんたちは
アームチェアデテクティブ（探偵）ってところかな
とにかく与えられた証拠は3つ
ニュートン力学の計算と電磁気学の観測値は一致しない
光の速さはどのように測っても一定
光は宇宙という真空の中でも伝わってくる
これらの『真実』を すべて肯定しちゃえ っていうのが
アインシュタインさんのスタイル
ニュートン力学が大筋正しいと仮定して
ニュートン力学の計算と電磁気学の観測値が
一致しないのならば
計算式に入れられている変数を変えればいい
光の速さが一定に計測されるのならば
光はどのような状況でも一定 ってことにしよう
光という波が宇宙空間を伝わってくるのならば
宇宙には『なにか』が詰まっていると考えればいい
極端に言えば証拠をすべて
正しいとしたってことだね
