四次元空間の不変量

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再度四元物理量

四元物理量のところで

ぼく自身の頭の中が

『???????』

になっているんだよね。

だからもう少し踏み込んでいってみよう。

なにより四次元の不変量Sをもとめるのに

(x2−x1)2+(y2−y1) 2+(z2−z1)2−(ct2−ct1)2=S2

ってことになっている。

この元になっている数式は

Q系とR系が

原点から同時に光を放った時の

t1(t2)時間後のX軸とY軸の

二点間の距離の差から出て来た

(x2−x1)2=(ct2−ct1)2

がベースになっているみたいなんだ。

その右辺を左辺に持ってきて

それがSだよ って。

これって変だよね。

書き換えると単に

x12-(ct1)2=0

x22-(ct2)2=0

ってだけのことじゃない。

この計算式

じつは光

もしくは光と同じ速さで動くものにだけ

成立する数式なんだよな。

ではなぜこの式が

四元物理量(Sってやつだね)に関わってくるのか。

そこが問題。

相対論の根本を思い出してみようよ。

慣性系どおしの間では

絶対量が無いってことになっているじゃない。

そのなかで唯一絶対量のあるもの

それが『光』なんだってね。

だから四次元空間での

不変量を求めるためには

基礎になるところに

光速を置かなきゃならないってことなんだ。

だから

x12=(ct1)2     x22=(ct2)2    

っていう式が重要になってくるんだよ。

すこしまとめてみよう

ここまで延々(行き当たりばったり)と書いてきたものを

まとめてみよう。

ピタゴラス定理

2点の位置がわかった時に

その間の距離を割り出すために

必要とされる。

だからけっこうこのあたりの物理の本を見ると

数字に二乗がついているものが

多いんだよね。

ミンコフスキー時空座標

三次元空間の物理量と

時間との関係を表すために

横軸に三次元物理量

縦軸に時間×光速を表記

時空間を同一幾何学上で

表すための座標。

座標変換

ピタゴラス定理を

ミンコフスキー時空上で使うために

相対速度を持つ慣性系の座標を

自分の慣性系での座標に表す。

ってことだね。

だからまずガリレイ座標変換を

じっさいの四次元座標に

落とし込むことを

考えてみよう。

ガリレイ変換からローレンツ変換へ

ガリレイ変換が相対論の世界には

(実際にぼくたちのいる世界だよ)

完全に一致はしていないことはわかった。

ガリレイ変換でたてられた

X’=X-vt

t’ =t

っていう数式は

じっさいには

x′=A(x−vt)               (1)

t′=Bx+Dt                (2)

(A、B、Dは前にも書いた係数だよ)

のうち

A=1 B=0 D=1

の時のみ成立する変換数式だったってことだ。

この地上でおこることは

あまりにも速度(光に比べればってことだけど)が遅いから

ほぼA=1 B=0 D=1に

なっているってだけだったんだ。

気になるんじゃないかと思うんだけど

x1,x2って書いてきた数式と

x,x′って書いてきた数式とがあるんだけど

x1,x2は

相対速度差を持っている

ふたつの慣性系での点の位置ってことだね。

座標変換は自分のいる慣性系から見た

他の慣性系の点の位置を

自分の慣性系に映しこもうって

しているんだよ。

だから自分ののところは

わざわざx1 って1をつけなくても

ただのxで表すことで問題ないでしょう。

そうなれば相手の慣性系の点に

急にx2 って2が出てくると

変な感じがするじゃない。

だからじぶんを絶対静止状態で考えるときには

xとx′ってことにするってこと。

さあ準備はできた

いよいよ数式に挑戦 って

本当かな?

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