特殊相対性理論と一般相対性理論
特殊相対性理論は
『光』というものを中心に
構築された理論だったよね。
では一般相対性理論は
なにを中心に構築されたのかというと
『重力』だってことなんだ。
だから根本的に
違う理論だって思われるかもしれないんだけど
ある意味特殊相対性理論は
一般相対性理論の特殊な解を
切り取ったもんだってことが
言えるのかもしれない。
相対速度差のある慣性系（等速運動）
の間での時間空間の異なりを
算出したのが
特殊相対性理論。
その速度差を加速系にも
適用していったのが
一般相対性理論ってことで
いいんじゃないのかな。
だからこれまで
古典力学（ニュートン力学等）での
事象が物理学全体を構成する理論の
特殊なケースだとされてきたみたいに
特殊相対性理論の限定された
条件内（慣性系と慣性系の間）での
結論を物理学全体を構成する理論へと
昇華させようとしたものが
一般相対性理論なんだろうね。
一般相対性理論の
特殊なケースが特殊相対性理論で
表せられるってことなんじゃないかな。
光速度不変はどうなる？
特殊相対性理論の出発点は
光の速度がどの慣性系から観測しても
同じであるってところだったよね。
だったら一般相対性理論の世界では
光の速度はどうなるんだろう。
前にも書いたけど
「光はこの宇宙の最短コースを
他の物質に対して最速で走る」って
書いてはあるけど
光の速度が一定であるとは
書いてないんだよな。
考えてみよう。
宇宙空間はところどころ
でこぼこのあるグリーンみたいなものだって
書いたけど
これはぼくの想像。
でもアインシュタインさんも
似たようなことを言っているんだよね。
もっともぼくのは単なる思い付き。
でもアインシュタインさんのはちゃんとした
裏付けを持って出て来たもんなんだよ。
（当たり前のことだけどね）
もっともスタートは思い付きだったかもしれないけど
それを検証するための
理論のバックボーンがあるってこと。
いわく数学的裏付け。
何度も書くけど
物理学っていうのは
実験・観測の結果
間違っているという答えが出るまでは
一応（今のところ）正しいって
考える学問。
だから現在のところ
宇宙空間は曲がった空間であるってことは
認められている考え方なんだ。
そして光はその曲がりに沿って
走っていくってことも
一応認知されている。
だとしたら困らないかな。
曲がったところっていうのは
距離が長くなるじゃない。
そして曲がった空間は
見る方向によって
その曲がり方が違って見えるよね。
だから当然光が走っている距離も
バラバラになるはずなんだよ。
時空間の曲がり
相対論も量子論も
古典力学に反しないような
説明を前提として
発展していってるんだ。
これまでの物理解釈と
異なるものが観測されたとき
どうすればいいのか？
ひとつはこれまでの解は
間違っていたとして
一から理論の再構築をしていくことだね。
だけどそこまで生き延びてきた理論には
それだけの裏付けが
あるはずじゃない。
そこで導かれた解を
完全否定するのは
至難の業ってことになるんだよね。
（もっとも物理学者たちは
それぐらいの労は厭わないだろうけど）
もうひとつあるのが
解の修正だろうな。
これまですべてに当てはまるとされていた解を
特殊な要件の下でのみ当てはまるものだとしたうえで
拡張理論を構築するって方法。
量子力学も相対論も
古典力学を完全否定するんじゃなくて
それを特殊事例として
より広範囲な事例に対応する
理論構築をしてきたってことだよね。
はなしを戻すと
光速は不変であるっていうことは
譲れない。
どの慣性系から観測しても
光速度は一定であるってことも
どうやら譲れなさそう。
そこに宇宙空間は
非慣性系（重力やなんかで）という
曲がった空間になっているらしい
っていうことが追加された。
その曲がった空間を
運動する物体や光は
その曲がった空間に逆らわない限りという条件で
慣性系とその物理法則は
同じになるってって
定義づけられちゃったってことだ。
だから曲がった空間に沿って走る光は
（測地線上を走るって言い換えてもいいよ）
光速度で走っていくってことになるんだよな。
光速度でさえ変わって見えるってことになるんだよね。
光速度
光速度不変の原理を
もう一度思い出してみよう。
これってだれかが思い付きで
言い出したことじゃない。
光の速さは同じに観測されるという
実験結果が出て来ただけなんだよ。
もっともその後の
地球が慣性系かどうかには
疑問が出てきちゃうけどね。
なんといっても地球には重力があるし
それを考えれば非慣性系じゃないのかな？
なんて疑問がぼくの中にはあるんだけど。
そのあたりはいったん保留。
光速度ってことを考えてみよう。
光速度なんてなにか特別なもののように
書いているけど
簡単に言えば光の速度のことだよね。
じゃあ、速度ってなんだろう。
物の進んだ距離を
時間で割ったもののこと。
距離/時間の関係で
速度が変わらないのに
距離が変わるってことは
当然時間がかわっているってことじゃない。
だから一般相対性理論で
曲がりの異なる空間から見れば
光速度でさえ変わって見えるってことが
起きるけどそれでも
なおかつ光速度が不変を
主張するにはどうしたらいいのだろうって
考えたときに出る答えが
シンプルだったってことだね。
答えは簡単。
曲がった空間では時計が遅れることにすれば
矛盾しなくなる。
ってことらしい。
納得ができるのか否か
その判断はそれぞれの人に任せることにするけど
時間の遅れは
わかるような気がする。
なんといっても特殊相対性理論で
相対速度差を持つものの間で
時間が異なるってことは
一応理解したつもりだから。
ただ曲がった時空間が
与える時間や空間への異なりが
どのようなものなのかを知ろうと思ったら
特殊相対性理論の時みたいな
基礎的な数学知識では
追いつかないんだよね。
リーマン幾何学、そしてテンソル解析。
この辺りになるととてもじゃないけど
ぼくの能力のキャパを超えちゃうんだよな。
だから不本意ながら
言われたことをそのまま
受け入れるしかないんだよね。
そして一般相対性理論のもう一つの柱
『等価原理』がある。
加速系と重力系との区別がつかない
非慣性系に掛かっている力が
慣性力なのか重力なのかがわからないって
もう能力のキャパどころか
ぼくでは想像さえできないんだから
困ったもんだ。
慣性力（加速系だね）のあるところでも
時空間は曲がる。
だとすると、どうなるんだろう？
特殊相対性理論と一般相対性理論は
同列に並ぶことができるんだろうか？
なによりぼくの頭は
付いていけるんだろうか？
