ネアンデルタ－ル人の時代から

　ネアンデルタ－ル人の時代から相対論
人間はおよそ「意識」なるものを持ち始めたときから相対的な状況を目にしたはずです。高い木の枝の実を取るには何も自分が実のところまではしごを掛けて近づいて行かなくても、枝を手繰り寄せて実のほうを自分に近づければよいのです。そして数十万年いやもっと時が過ぎ行き今貴方は相対論を知っています。今貴方がじっとしているということは電車で加速されているときと同じ状態であることも承知です。実感として余りピンとこないかも知れませんが寝てもさめても貴方は地面に押さえつけられています。この様子は次のようです。川が流れています。川の中に魚をとるための柵があります。貴方は上流から流れてきた木の葉です。やがて柵に引っかかり動きを止められます。そして流れにより柵に押し付けられ続けます。柵が地面です。地球という物質は空間を絶え間なく吸収消化しています。ですからその空間に所属し慣性の法則によりそこに留まろうとする全ての物を地表に貼り付けてしまうのです。全てのものは地球に這いつくばるしかないのです。ですからギリシャ神話のイカロスのように自由に空を飛びたいと夢を持つのです。

台所でも相対論

台所での相対論
相対的なことは日常でもよく目にします。今、貴方は台所で豆をフライパンで炒っています。豆をまんべんなくきれいに炒るためにほとんどの人は鍋を素早く動かして豆を回転させると思います。もし豆が自分で回転するなら鍋を動かす必要はありませんが、そうは成らないので鍋をうごかすのです。これは立派な相対論の応用です。鍋の底で豆が回転するには、豆が転がっても良いし、豆はその場にいて鍋の方が動いてもよいのです。この時豆が転がっているか鍋が動いているか正確には決められないとするのが相対論です。そしてそんなことは決めてもムダであるとするのも相対論です。

重力場での加速

　入れ物ごとの加速(重力の正体)
重力場での加速の話です。これからの話では金魚の泳ぐ方向などは同一とします。今ここに小さな金魚鉢に金魚がいて泳いでいます。これを子供が手に持って三輪車をこぎます。この三輪車はトラックの荷台に載っていてトラックも前進を開始します。そしてこのトラックも汽車の貨物車の上にあり貨車も動き出します。更にこの貨車も連絡船の中にあり出航します。この時、金魚は次々と加速されるのがわかるでしょう。船が出るときは金魚は相当な速度まで加速されています。重力場もこのようなメカニズムでリンゴなどを加速して自由落下させるのです。
リンゴが自由落下するときはそのときそのときのリンゴの所属する空間そのものが力を受けるのでリンゴはそのつど速度を増していくのです。

向かい合う相対論

相対とは向かい合うこと
相対論は向かい合ったひとはお互いに同じ光景を見るというメッセ－ジを送ります。例えば道路で時速４０キロで走る車Ａがあります。また向こうから時速６０キロで走ってくる車Ｂがあります。この時ＡもＢも「自分達は時速１００キロでぶつかる」と感じます。まったく同じ主張をするのです。このとき相対速度１００キロと言います。一般相対論ではもっと抽象化されてどんな動き方をしている人もお互いに同じ光景を目にすることに成るといっているのです。これは「どんな動き方でも」というのは「任意の系」という表現で束ねられます。別の言い方では加速度系となります。その訳は加速度系は全ての系を代表することが出来るからです。特に加速度ゼロの系を慣性系といい、無重力状態などです。ある系から他の系に移るときは必ず加速度を伴います。例えば止まっているひとが走ってきた電車に飛び乗るには速度０から電車の速度まで連続的な変化をすることになりますので加速度運動をすることになります。ところがアインシュタイン博士はこのような加速度運動は重力場でも何もしないで見ることができるので電車に飛び乗ったことも本当は加速度運動ではないかもしれないと言い出したのです。そして実際重力場と加速度系は区別できないことがわかり、とうとう全ての任意の系は平等で、区別できないとする一般相対論が誕生したのです。重力場こそ一般相対論の生みの親です。

具体的が大切

　物理学のワルイ癖
昔から物理学は簡単なことを大騒ぎして大袈裟に見せたりすることがあります。それで「そんなに立派なことなのか？」とえらく感心し、よくよくきいてみるとたいしたことがなくて期待はずれを喰わされたりするのです。相対論も確かに画期的なことではありますが、ごく普通のありふれた現象を以前より厳密にとらえただけのことです。相対論というとすぐ「ブラックホ－ル」とか「双子のパラドックス」などと大袈裟に書く本がおおいので注意が必要です。そんなかけ離れたことより実際に見えるスペ－スシャトルの中で無重力状態でありながら円運動という加速系が共存している様子などで十分です。このほうがよっぽど具体的です。円運動は加速系で、無重力状態は慣性系です。シャトルの軌道は重力場によって支えられています。この２つが見分けがつかないので重力場では全ての系が同等という「一般相対性」が成り立っていることを確認するほうがより実感がわいてくるでしょう。相対的現象は遠い世界のことではありません。カ－ナビをお持ちの方、ＧＰＳの人工衛星の原子時計は地上の時計より１秒間につき１００億分の４秒を遅らせてあります。これも相対論を使っての技術です。このように現実にみえるもので相対論を紹介すべきだとおもいます。

簡単なほどむつかしい？

　簡単すぎるので返って信じられない
恐らく一般相対論の核心の部分は余りにもあっけないので「そんなはずは無い」とにわかには信じてもらえないのかもしれませんね。重力場が加速度系の「絶対性」の仮面をはがして、慣性系や加速度系など全ての系が同等で、見分けがつかないことを示し、従って区別できないし、また区別する必要もないとする「すべての系は物理学的に同等である」という「一般相対性」と可能にしたのですが、核心はこれだけのことです。もっと簡単に云うなら重力場が一般相対論を作ったということです。今度は星出さんが宇宙飛行士としてシャトルに乗るそうです。日本も宇宙時代です。相対論のなんたるかを押さえておくことは意義あることです。

勝ち組になってください

相対論は勝ち組へのキップ
相対論に触れることは受験の滑り止めを確保することににています。とりあえず精神状態を安定させ、本番に実力が発揮できるようにしておくのです。世界最高の理論に手をつなぐことで「自分もできるんだ」という達成感が得られます。それも「加速度系が重力場では見分けられない。見分けられないことは違いが無いということである。だから全ての系が同等になる」という事実を認めてしまえばよいことです。複雑な数学の方程式はあとでよいのです。根っこがわからないと砂上の楼閣ですから。このことはあなたの心に深く滲みこみ潜在意識となり力強い味方になってくれるはずです。世界一のものをマスタ－できたのだという誇りと自信がつきます。あとは「空間」と「物質」と「エネルギ－」の３竦み構造と「第３者生成の原理」で宇宙における変化が永遠に止まらないという説明を確認できればほぼ完璧です。これで貴方も勝ち組に移ってください。

加速度系の没落

加速度系の絶対性とは
加速度系だけが作りだせる現象があるということです。加速度系でなければ出来ない現象があるということです。その現象と思われていたのが電車の発車時の乗客の倒れる現象です。電車の発車時に客が進行方向とは反対によろけます。大きくて重い人もやせて軽い人も全く同じに傾きます。このような現象は加速度系以外では出来ないと思われていたのです。電車を加速させない方法では出来ないと信じられていたのです。ところがこのようなことは地球の重力場で簡単に出来ることを紹介した人がいました。その人こそアインシュタイン博士です。電車を地表に垂直に立てればいいと言ったのです。つまり重力場では重い人も軽い人も同じ様に倒れるのです。倒れるというより落ちるようにみえますが。いままで加速系の独断場と思われていた万物の同一加速度現象は重力場でも見られることになりました。加速度系でなくても加速度系で見られる現象が見られるなら、どれが加速系かわかりません。こうして全ての系が同等になってしまったのです。

相対論の要

相対論の要です
相対論の要は重力場の存在です。図のＢを見てください。宇宙空間に星やロケットがあります。相対論が発表されるまでは宇宙は１つで固定していて、夜空に見えるようにその中に星たちが場所を割り当てられ、慣性の法則でその場にじっと嵌め込まれていると思われていました。ですからＢのようにロケットが突然エンジンをふかして加速度運動すると中のリンゴなどはじっとしたままなのでロケットの床がリンゴなどにぶつかります。これをロケットの中の人は見て「ロケットは空間に対して加速度運動をしている」と信じるのです。空間に対する加速度運動ははっきりと確認できるとされていたのです。ところが地球などの表面の重力場でこれと全く同じ光景が見られるのです。Ａを見てください。地上におかれた箱の中で手を離れたリンゴなどは加速度をつけて落ちて行きます。そして床面に衝突します。よく考えるとロケットに窓が無くて外の星などが見えなければ「自分達は地上にいる」と考えてもおかしくないのです。それで「ロケットは本当に加速したのか？」ということになります。このようにして加速度系の空間に対する絶対性が云えなくなったのです。空間に対する運動そのものが認識できないのです。運動は常に近くの物質に対してのみ記述できることになりました。このようにして重力場の存在が相対論のパスワ－ドになったのです。

ロケットの中の光

　加速度系で光が曲がること
先日加速度系のロケットの中に射し込んだ光が曲がって見えることをお話しましたが別の方向から説明を追加させてください。光の代わりに一定の速度で打ち出されたボ－ルを考えます。ここでは空気の抵抗や摩擦はゼロとします。図の中のその１をご覧ください。地上に斜面のつけられた台があります。Ａ点からボ－ルがＢ点に向かって打ち出されます。ボ－ルにはペンキが塗ってあるので軌跡が描かれます。線分ＡＢは地表に水平です。このあとボ－ルはどうなるでしょうか。点線のように放物線という曲線を描いてＢ‘点に到着します。これはボ－ルが加速された場合です。次にその２をご覧ください。地上に水平に「水平加速ベルトコンベア」があります。これは回転し始めるとどんどん速くなるのであっという間に超高速になってしまいます。やはりＡ点からＢ点に向けてボ－ルを打ち出します。ところがベルトの表面についたボ－ルの軌跡はその１と全く同じになります。光もボ－ルと同じです。ロケットはコンベアです。コンベアに乗っているひとはボ－ルが曲線を描くのと同じように光が湾曲していくのを観察します。