Name: アインシュタインの特殊相対性理論｜時間は本当に遅くなるのか？ (Einstein’s Special Relativity Theory | Does Time really Slow down)
Uploaded: 2024-11-25T21:00:57.000Z
Duration: 13 min 15 s

To us, it appears that time doesn't stop or slow down for anyone in this universe.

私たちには、この宇宙の誰にとっても時間は止まっているようにも、遅くなっているようにも見えない。

It's always running forward without waiting for anyone or anything.

誰も何も待つことなく、常に前を向いて走っている。

程度の副詞

しかし、時間は本当にこんなものなのだろうか？

Special relativity theory tells us that time is really not like this.

特殊相対性理論によれば、時間は実際にはこのようなものではない。

Time is not the same for all across the whole universe.

時間は宇宙全体で同じではない。

Different observers feel different times at different places.

見る人によって、感じる時間は違う。

Einstein's special relativity theory starts with two basic ideas.

アインシュタインの特殊相対性理論は、2つの基本的な考え方から始まる。

The first postulates that the laws of physics are the same in all frames of reference.

最初の仮定は、物理法則はすべての参照枠で同じであるというものだ。

Imagine your friend is standing at the platform of a train station and you are in a train traveling at a constant velocity.

あなたの友人が駅のホームに立っていて、あなたが等速で走る列車に乗っているとしよう。

Constant velocity means an object is moving in a fixed speed and fixed direction.

等速とは、物体が一定の速度で一定の方向に動くことを意味する。

This motion doesn't have any acceleration, deceleration, and does not change direction.

この動きには加速も減速もなく、方向も変わらない。

だから、あなたの友人はホームにいる。

From his perspective, he is at rest and you are heading forward.

彼から見れば、彼は休息中であり、あなたは前進している。

But from your perspective, who is traveling at a constant speed, does not feel any motion.

しかし、一定速度で走行しているあなたの視点からは、何の動きも感じない。

だから、あなたも安静を主張することができる。

The rest of the world can appear to be running towards you.

世界中があなたに向かって走ってくるように見える。

If the train windows are closed, there is no outside reference point.

列車の窓が閉まっていれば、外の基準点はない。

こうして、あなたは自分が休息状態にあると信じている。

As all the laws of physics will apply to both your friend and you, both of you can be considered to be at rest.

物理法則はすべて友人とあなたの両方に適用されるので、両者とも静止しているとみなすことができる。

To explain more simply, let's take a look at a mosquito in a flying plane.

もっと簡単に説明するために、飛んでいる飛行機の中の蚊を見てみよう。

Now that the mosquito is sitting on the back seat, it wants to fly to the pilot room.

蚊は後部座席に座り、パイロットルームに飛んで行きたがっている。

If the laws of physics is not the same for a moving plane, it must travel above the flight speed.

もし物理法則が動いている飛行機と同じでないなら、飛行速度を超えて移動しなければならない。

But there is nothing like that and the mosquito feels at rest on a moving plane.

しかし、そのようなことはなく、蚊は動いている飛行機の中で静止しているように感じる。

So the normal effort is enough to reach the pilot's room.

だから、通常の努力で操縦室に到達できる。

Now let's come back to the train scenario.

さて、列車のシナリオに戻ろう。

You are in a moving train and your friend is on the platform.

あなたは走行中の列車に乗っていて、友人はホームにいる。

Whatever your friend is doing on the platform, you can also do in the moving train.

友達がホームでやっていることは、動いている列車の中でもできる。

However, the speed is not the same for all observers.

しかし、その速度はすべての観測者にとって同じではない。

Let's say the train is moving at a constant speed of 100 km per hour and you throw a football at the speed of 20 km per hour.

電車が時速100kmの一定速度で動いていて、あなたが時速20kmでサッカーボールを投げたとしよう。

From your perspective, the ball is traveling 20 km per hour because you are at rest inside the train.

あなたの視点からは、ボールは時速20kmで進んでいる。

But from your friend's perspective who is on the platform watching the train, he feels the ball is traveling at a whopping 120 km per hour.

しかし、ホームで列車を見ているあなたの友人から見れば、ボールは時速120kmで飛んでいると感じる。

Let's say you have another friend who is running on the track towards your train at 10 km per hour.

時速10キロで列車に向かって線路を走る別の友人がいるとしよう。

Now if he measured the ball speed, he would judge it to be 130 km per hour.

今、彼がボールのスピードを測れば、時速130kmと判断するだろう。

How can the same moving object be showing different speeds?

同じ動く物体がどうして異なる速度を示すのか？

Because speed is relative, it can vary from one to another.

スピードは相対的なものであるため、個人差がある。

Different observers can measure different speeds on the same moving object.

観測者が異なれば、同じ移動物体でも異なる速度を測定することができる。

Special Relativity's other postulate is that the speed of light is the same for all observers.

特殊相対性理論のもう一つの仮定は、光の速度はすべての観測者にとって同じであるというものだ。

The speed of light is constant and it always shows the same value for all frames of reference.

光速は一定であり、どの参照枠でも常に同じ値を示す。

You and your friend are standing opposite each other.

あなたと友人は向かい合って立っている。

He has a flashlight and your friend flashes the light.

彼は懐中電灯を持っていて、あなたの友人はライトを点滅させる。

If you could measure the speed of light quick enough, you would measure it at around 300,000 km per second.

もし光の速度を十分に速く測ることができれば、秒速約30万kmで測ることができるだろう。

No surprises yet, as you are both at rest.

お二人とも休んでいるので、まだ驚きはない。

But now you are running towards your friend at the phenomenal speed of 10,000 km per second and he flashes the light.

しかし今、あなたは秒速1万キロという驚異的なスピードで友人に向かって走っている。

You would measure it still showing the same value of 300,000 km per second instead of showing 310,000 km per second.

その場合、秒速31万kmではなく、同じ秒速30万kmを示すことになる。

This is due to the fact that the speed of light is constant.

これは光速が一定であることに起因する。

It's the same for all the observers, no matter where that observer is at rest or in motion.

それは、観測者が静止していようが運動していようが、すべての観測者にとって同じである。

In order to maintain the constant nature of the speed of light, space and time experience weird features.

光速の性質を一定に保つために、空間と時間は奇妙な特徴を持つ。

Even today we still don't know exactly what time is, but we do have some basic understanding.

今日でも私たちは、時間とは何かを正確に理解しているわけではないが、ある程度の基本的な理解はしている。

We've all agreed that all the clocks in our world tick at the same rate.

私たちは皆、この世界のすべての時計が同じ速度で時を刻んでいることに同意している。

We've all agreed on how long some things take to happen and what things happen at the same moment.

私たちは皆、ある物事が起こるまでにかかる時間や、同じ瞬間に起こる物事について同意している。

These basic things of time we experience in our everyday life.

このような時間の基本的なことは、私たちが日常生活で経験していることだ。

But the constant nature of light says that it's all wrong.

しかし、光の不変的な性質は、それがすべて間違っていると言っている。

Imagine there are two nations, nation A and nation B, and they want to sign an agreement.

A国とB国という2つの国があり、彼らが協定を結びたがっているとしよう。

The problem is that they both want to sign the agreement at the same moment, and they found the procedure too.

問題は、2人とも同じ瞬間に契約書にサインしたがり、その手続きも見つけたことだ。

The procedure is that the leader of both nations need to sit at the opposite sides of the table, with a light bulb fixed over the middle of the table.

手順としては、両国のリーダーがテーブルの反対側に座り、テーブルの中央に電球を固定する。

Turn on the light bulb, and when the light reaches both leaders' eyes, they can both sign simultaneously, because they already know that light always travels at the same speed.

電球を点け、その光が両リーダーの目に届くと、両リーダーは同時にサインをすることができる。

Both nations' leaders decide to sit exactly the same distance from the bulb.

両国の首脳は、電球からまったく同じ距離に座ることに決める。

They turn on the light, and the light reaches both leaders at the same moment.

2人がライトを点けると、その光は2人のリーダーに同時に届く。

The agreement is signed simultaneously by leaders, and everyone is happy with the result.

合意は首脳によって同時に署名され、誰もがその結果に満足している。

A few months later, they decide to sign another agreement, but this time, both leaders want to do it differently.

数カ月後、両首脳は別の協定に署名することを決めたが、今度は違うやり方を望んでいた。

Even though they have many different options, both leaders have an extreme love of trains.

さまざまな選択肢があるにせよ、両首脳は鉄道を非常に愛している。

So they set up the same scenario in a moving train.

そこで彼らは、同じシナリオを走行中の列車に設定した。

The light flashes and goes to each leader, reaching them simultaneously.

光が点滅し、各リーダーに同時に届く。

They sign, and again everybody in the train is happy with the result.

彼らはサインをし、またもや列車内の全員がその結果に満足する。

But the people standing on the platform started fighting, because the people from nation B complained that nation A leader signed the agreement first.

しかし、壇上に立っていた人々は喧嘩を始めた。B国の人々が、A国の指導者が先に協定に署名したことに文句を言ったからだ。

How did they come up with that conclusion?

なぜそのような結論に至ったのか？

もう一度、その出来事を見てみよう。

リーダーAがフラッシュに向かってくる。

リーダーBはフラッシュから離れる。

So they saw that the flash first reached leader A, because he was moving towards the flash.

つまり、リーダーAはフラッシュに向かって移動していたため、フラッシュが最初に到達したことがわかったのだ。

They already know that light always travels at constant speed.

光は常に等速で進むことを、彼らはすでに知っている。

Leader B was moving away from the flash, so it took a longer time to reach leader B compared with leader A.

リーダーBはフラッシュから遠ざかっていたため、リーダーAに比べリーダーBに到達するまでに長い時間がかかった。

From the perspective of those watching the event from the platform, both leaders didn't sign at the same moment.

壇上からこのイベントを見ていた人々から見れば、両首脳は同じ瞬間にサインをしたわけではない。

But from the leader's perspective, who were in the moving train at constant velocity, claimed that they signed at the same moment.

しかし、等速で移動する列車の中にいたリーダーから見れば、同じ瞬間にサインをしたと主張する。

We already know that when an object travels at a constant speed from the perspective or frame of reference, it can claim it is at rest.

私たちはすでに、物体が視点や参照枠から一定の速度で移動するとき、それが静止していると主張できることを知っている。

Now let's move on from the platform perspective.

では、プラットフォームの観点から話を進めよう。

わかりやすいイベントを作ろう。

We will draw a line when the flash takes place, and draw a line when the flash reaches leader A versus leader B.

フラッシュが起こったときに線を引き、フラッシュがリーダーAに到達したときとリーダーBに到達したときに線を引く。

So from this line, we can clearly see that the flash reaching leader B needs to travel a longer distance compared to leader A.

つまり、このラインから、リーダーBに届くフラッシュは、リーダーAよりも長い距離を移動する必要があることがはっきりとわかる。

If it has to travel further, it takes a longer time.

移動距離が長ければ、時間もかかる。

The leaders inside the train or the people watching from outside?

車内のリーダーたちか、それとも外から見ている人々か？

では、それは何を物語っているのか？

The constant nature of speed of light means that the events take place at the same time even though from the perspective of one group of people, the events don't take place at the same time as from the perspective of other groups.

光速が一定であるということは、あるグループの人々から見れば、他のグループの人々から見れば、出来事が同じ時間に起こっていなくても、出来事が同じ時間に起こっているということである。

One group of people don't realize any time difference and the other group of people witness a time difference on the same event.

あるグループの人々は時差に気づかず、別のグループの人々は同じ出来事で時差を目撃する。

The thing that happened from one person's perspective does not happen at the same moment as from the other person's perspective if they are in relative motion.

ある人の視点から起こったことは、相対運動をしている場合、もう一人の視点から起こったことと同じ瞬間には起こらない。