相対性理論

自然界の４つの力に足を踏み込むのは無謀だとは思うけどそこに触れないと全体がわからなくなっちゃうんだよね。なぜ無謀化と言えば素粒子に足を踏み入れることになっちゃうんだもの。一般相対性理論の柱としての『重力』、そして量子論からの素粒子がここへ来て交わっちゃったってことになるのかもしれないね。

また少し脱線しちゃうけど、特殊相対性理論では『光』一般相対性理論では『重力』が理論構築の基礎に使われていたね。光や重力っていうのは重力・電磁気力という力（近接作用）のこと。それ以外にも弱い力・強い力なんていうのが現在では想定されているけどこの『力』っていうのはいったいどんなものなのだろう？

あくまでも頭の中で勝手に想像しているだけのことなんだけど光速の99.9％で宇宙を駆けるロケットに乗っている人はどんな景色を見ているんだろうね。宇宙旅行をして帰ってくるというのは一般相対性理論が入ってくるからむずかしいけど単純に光速近くの速度で飛んでいるロケットってことになれば特殊相対性理論の出番だよね。

SF小説なんかで光速で飛んでいった先に待っていたものが未来の地球だったなんて相対論を使ったはなしがあるね。この現象も科学者たちは思考実験しているんだよ。『双子のパラドックス』や『ウラシマ効果』なんていうのが有名どころだね。ただ実際のところ確定した実験結果は出ていないんだけどそのズレは確証可能なのかもしれないんだ。

慣性系の間でだけの物理法則を考えた特殊相対性理論を加速系にも通用するようにしようとした一般相対性理論。そこで加速系を重力による空間の歪みとする考え方が出て来たわけだ。ただ、空間が歪むと光速度不変っていうことが危うくなっちゃう。その整合性を保つためには重力は空間だけじゃなくて時間も歪めるって結論が出たんだけどね……

『重力場の方程式』。数式で書くとまるでぼくには手におえないものになっちゃうけどなんとかそのイメージだけでも掴んでみよう。重力によって光の軌跡が歪むように見える現象を光に対して重力が働きかけているんじゃなくて、光が走る空間が重力によって歪むんだよってことなんだろうね。

一般相対性理論を理解するのにはリーマン幾何学の知識がいる。そのリーマン幾何学を理解するのにはテンソル解析の知識がいる。ってもともと数学が苦手なぼくには気が遠くなるような話。なんとか数式を使わないで一般相対性理論の概要だけでも掴めないかって書いてみるけど、もしかするととてつもなく見当違いの方向に行っちゃったらごめん。

アインシュタインさんは相対論を幾何学で考えていたって言われている。特殊相対性理論ではユークリッド幾何学（ぼくたちにおなじみの幾何学）で理論構成ができたんだけど一般相対性理論の時空の歪みを考慮する時にそれでは表しきれないってことになっちゃったんだよね。そこで登場するリーマン幾何学。だけどその解釈はむずかしいんだね。

特殊相対性原理は「光の速さはどの慣性系から見ても同じである」「どの慣性系でも物理法則は同じである」という二つから導き出された。では「加速系と重力系の違いはわからない」と「いかなる運動をしている物体でも物理法則は変わらない」という二つの法則から導き出された一般相対性理論の『加速系』『重力系』ってなんだろう？

特殊相対性理論の続きで無謀にも一般相対性理論にも挑戦してみよう。特殊相対性理論ってものは慣性系と慣性系の間の物理量（時間を含む）の関係を導き出そうとしたもの。では慣性系でないものどうしの間にはその関係が成り立つのか？って考えるところが科学者たちの貪欲さ。科学者たちは条件付き理論じゃ納得しないんだよな。