アインシュタイン　相対性理論

書籍情報

【NHK「100分de名著」ブックス】

著　者：: 佐藤勝彦
出版社：: NHK出版
出版年：: 2014年3月

相対性理論

相対性理論を〝言葉で〟知りたい方の入門書。テレビ番組のテキストをベースにつくられている

本書は、「NHK100分de名著」という番組の「アインシュタイン　相対性理論」（2012年11月放送）のテキストをベースにしてつくられたもの。

「まず、相対性理論を語る上で忘れてならないのが、十七世紀に活躍したイタリアの物理学者ガリレオ・ガリレイ」だという。「相対性理論の基本ともなっている「相対」というものの見方、捉え方を物理学の世界にはじめて持ち込んだのがガリレイ」だそうだ。本書はまず、「ガリレイの相対性原理」から説明をはじめる。ここでは、「相対」とは何かも説明している。

つぎは光について。光の「粒子説」と「波動説」、エーテルの話題などをとりあげたのちに、「マイケルソン・モーリーの実験」を解説する。この実験によって、「光の速度は誰が見ても一定である」という光の性質が浮かび上がってきた。そうすると、「光には相対的な捉え方が通用しない、ということ」になってしまう。これは当時の物理学の考え方と矛盾していた。この矛盾を解き明かしたのがアルベルト・アインシュタインだった。

アインシュタインは、どのように考えたのか。「光の速度が動かしようのない絶対的なものだとするなら、私たちがこれまで絶対だと思っていた時間と空間の存在（捉え方）の方を疑ってみよう」と考えたそうだ。この視点で書かれたのが「特殊相対性理論」だという。「速度とは、物体がある時間内にどれだけ空間を移動したかの距離で決定」される。「だからこそ、光の速度を考える時は、（中略）速さを測定する要素となる時間と空間に注目する必要がある、とアインシュタインは考えた」そうだ。

では、「特殊相対性理論」における「時間」と「空間」の捉え方とはどのようなものか。本書では、「同時刻の相対性」、「動いているものの時間は遅れる」、「動いているものの長さは縮む」、といったエッセンスを解説する。そして、「時空」という概念が生まれたこと、また、「特殊相対性理論の最も重要な結論である」有名な数式「E=mc2」を説明する。

特殊相対性理論のあと、「一般相対性理論」を概説する。まず、それぞれの理論の違いを述べる。特殊相対性理論とは「「物体が等速直線運動を行なっている場合」にのみ、あてはまる理論」を指す。それに修正を加えて、「加速度運動にも当てはまるようにしたものが一般相対性理論」と説明。この説明の際に、「等速直線運動」や「加速度運動」とは何かということも述べている。

アインシュタインは、一般相対性理論を構築するに際して、まず、「加速度運動とは何か？」を考えることから始め」たそうだ。そして、「加速度運動と重力の関係」に関心をもち、「「重力の正体」を解明することこそが、すべての動きにあてはまる理論の構築に繋がると考え」たという。そうして、「重力には「等価原理」という重要な性質があることに」気づく。本書では、等価原理とは何か、「重力の正体とは」などを解説していく。

また、「相対性理論が明らかにしたものの中で、非常に重要と思われるのが、宇宙の「ブラックホール」の存在」だという。本書では、ブラックホールとは何かも解説。ほかに、「相対性理論から導き出されたタイムトラベルの可能性について」述べている。「実は相対性理論はタイムトラベルを許している」という。

最後に、「相対性理論が切り拓いた「現代宇宙論」」という章がある。また本書では、アインシュタインの人生を、前半と後半にわけて振り返っている。