【이 페이지의 최종갱신일:2001년6월28일】

이름은 좋게 듣지만, 함부도 어려울 것 같고...

우주의 역사나 구조를 조사하고 가면，반드시 피해 지나가는 일이 할 수 있지 않는 이론상의 벽에 부딪치고 버리고입니다．「우리들이 일상 생활에서 보는 것 체험한 것」으로 패도 하여 도 설명하고 끊어지지 않다 되고 버리는 것입니다．

그 벽을 타파한 것이 독일의 물리학자 아인슈타인이 1905년으로부터 1916년에 걸치고 발표했다 빛이나 중력 에 관한 이론「상대성 이론」인 것입니다．

함부로 어려울 것 같은 것은，「우리들이 일상 생활에서 보는 것 체험한 것」으로 화정 세계(4차원의 세계) 의 이론이기 때문에입니다 ．　그러니까 어려울 것 같고 당연한 것입니다．


요컨대，어떻게 말한 이론？　이치는 좋기 때문에 ，결론만 가르쳐주세요!

갑자기 결론을 라고 말을 들어도 난처하지만，굳이 말하면...

중력이 강한 장소에서는 빛은 구부러지고 (라고 말한 일은 공간이 비뚤어지다)，에너지가 잃어버리지고(라 고 말한 일은 파장이 길어지고 색은 적색에 근접하다)，시간은 천천히 진행된다．

일정한 속도로 이동하고 있는 물건 (관성 운동)의 크기，질량，시간은 절대적인 것이 아니고，이동 속도 가 빛의 속도에 근접한 것에 따라，각각 변화합니다. (크기는 줄고，질량은 증가하고，시간은 지연되다)

것 ２개에 집약됩니다． 전자를 「일반 상대성 이론」, 후자를 「특수 상대성 이론」라고 부르고 있습니다．


조금도 이치 빼기가 아닌 것이 아니다!

이 등급의 이치는 용서하고 주세요!　「우리들이 일상 생활에서 보는 것 체험한 것」이 아닌 세계에서 비다 들，다소는 「두뇌」로 생각하지 않면 ．．．


중력으로 빛이 구부러지는 정말？ 빛은 직진한 것이 아니니？

정말로 구부러집니다． 1919년 5월 29일의 개기 일식의 때，캄캄해진 주간의 하늘에 다시 살아났다 별이 총 총한 밤을 ，전세계의 천문학자가 주목했습니다． 아인슈타인이 예측한 대로에，새까맣게 되고있는 태양의 옆에 보인 별의 위치가 본래의 위치에서 빗나가고 보였던 것입니다！ 게다가，아인슈타인이 계산한 위치에 빗나가고 있었습니다！　멀은 우주에서 도착한 별의 빛이，태양의 옆을 통과한 때에，태양의 강력한 중력으 로 염 말 구부리지고 말았습니다．


별로 개기 일식으로 별의 위치가 빗나갔던 것이라도，그렇지 않는 때 착실히 보이고있으면...

문제는 태양의 것만이 아닙니다． 우주에 무한하게 있는 별등의 천체는 모두 중력을 갖고 의사입니다．결 국 우리들이 지구에서 보고 있는 그들의 모습은，각각으로부터 발한 빛이 상호의 중력으로 영향을 받아고 구부러지고 도착하고 보이고 있는 모습밖에 없는 것입니다．　보이고 있는 것이 그 진정한 모습이란 한하지 않는 것입니다．　

빛이 구부러진다고 말한 일은，그 공간이 비뚤어지고 있 이라고 말한 일인 것입니다．


그래?...그러나 시간까지 지연되고 차 뽑고 그런 시시한 것도 있나요?

물건은 원자라고 말한 존재로 가능하고 있는 것은 아시는과 생각합니다만，그 원자는 종류에 의하고 각각 졍해진 회수로 진동을 하고 있습니다． 그러니까，그 회수를 꾀한 일에 의하고 얼마만큼 시간이 지났든지 계측할 할 수 있습니다．（이 원리를 응용한 기준 시계가 원자 시계이군요!）

태양은 지구보다 중력이 크기 때문에，태양 광선의 중에서 있는 원자의 진동 회수를 조사하고，지구상의 같 은 원자의 진동 회수를 비교해 보면 좋은 역이군요． 실제로 측정해 보면，아인슈타인의 예측 대로 태양 의 쪽이 원자의 진동수가 적었던（100만분의 2）것입니다．

시간에 고치면，태양에서 1초 경과한 때에는 지구에서 1.000002초 경과하고 있는 일이 됩니다．


기껏해야 100만분의 2초따위아무래도 좋은 것야!

우주에는 태양보다도 훨씬 중력이 큰 천체가 무수하게 있습니다． 그렇게 된다면 시간은 지구의 무엇 부분의 1，아니 수백분의 1의 속도밖에 지나지 않는 천체도 있는 것입니다．　

더욱，소름이 끼치는 이야기가 있습니다． 「블랙·홀」입니다. 이 천문 포럼의 「항성의 일생」에서，거대 질량을 갖았던 항성은 마지막으로 폭발을 일으키고「블랙·홀」이 된다고 썼습ˆ•. 이 무서운 블랙 홀은 무한 대의 중력을 갖고 있는 것입니다．　

그러니까，먼저 근처에 있는 것은 전부 흡입되고 갑니다． 그 무한대의 중력으로 빛은 구부리지고 흡입된 것 만이 아니고，흡입되면 최후，다시는 나오는 일은 없는 것입니다． 그리고 이 무한대의 중력을 갖는 블랙 홀 가운데에서는 「시간」은 무한대에 늦어지고，즉 멈추고 하여 춤추는 것입니다!

빛이 구부러지고，다시는 나오지 않는 이 블랙 홀 이야 말로 3차원의 세계에서 일어날 수 있는 최대의 하늘 사이의 왜곡이고，4차원의 세계에의 입구와 말해야 한 것인가도 알려지지 않습니다．　시간이 멈추는 그 존 재가 세로·횡·높이에 시간을가한 4차원의 세계에의 입구이고，타임머신이 당연한 길 입니다．


아....무섭다! 왠지 머리가 어질 어질하고 왔다! 그렇다면...「일정 속도로 이동하고 있는 물건의 크기나 질량이나 시간은 이동 속도에 의하고 변화 한」라고 어떤 말이에요?

이 논리의 출발점은，모든 물건의 운동은 상대적이고，어느쪽이나가 절대적인 기준을 갖고 있고 다른 편이 운동하고 있는 것은 아닌, 라고 말한 일과 ，빛의 속도는 불변이라고 말한 일의 ２개에 있습니다．


「모든 물건의 운동은 상대적」이라는 것은 알지 못하다 없지만，빛의 속도는 절대로 변화하지 않아?

그렇습니다!!　모든 운동은 상대적이라는 것은，전철에 타고 밖의 풍경이 흐르고 있어도，그것은 자신이 움 직이고 있는 것은 아니고，밖의 풍경이 움직이고 있다고 생각하면，생각되지 않는 일도 없군요?

빛의 속도는，조금 불가사의합니다． 빛의 속도는 초속 30만 Km/h（정확하게는 299,792.458Km/h）입니 다만 이것은 절대 불변입니다．

예를 들면，시속 100Km의 차가 마주 대하고 달리면，상호의 상대에 대한 속도（상대 속도）는 100Km/h＋ 100Km/h 로，시속 200Km/h로 스치듯 지나치는 일이 되는군요? 　그러면，만약 빛의 속도（초속 30만 Km/h）로 마주 대하고 주행하면 어떻게 될 것입니다？　30만 Km/h＋30만 Km/h＝60만 Km/h에는 되지 않고，역시 30만 Km/h로 스치듯 지나치는 일이 됩니다！


무엇? 어떤 것? 왜 보통의 속도라면 덧셈인데，빛의 속도만 그다지 가지 않는 것?

으음，거기까지 돌진하고 들리면，조금 세밀한 것 말하지 않고 차라면 없지만，사실은 보통의 속도일 것이다 라고，빛의 속도일 것이다라고，스치듯 지나치는 때의 상대 속도(2개의 속도의 합성이라고 말하다)는，단순 한 덧셈 식이 아닌　것입니다．　구체적으로는 합성후의 속도 ＝ (속도 1＋속도 2)／(1＋(속도 1Ｘ 속도 2)／빛의 속도의 2승) 란 식으로 표현한을 수 있습니다.

아....싫어! 싫다! 라고 말하지 마십시오．　별로 이 식을 이해하고 필요하다고 말하고 있고 없습니다. 요컨 대 우리들의 일상 생활에서 발한 정도의 속도를 대입하고 계산하면，단순한 덧셈(상의 예이로는 시속 200km) 와 거의 동일한 결과가 됩니다．　그것이 빛의 속도에 근접한 것에 따라 단순한 보탬 산과의 차이가 크게 되 고，빛의 속도에 이른다면 원래의 빛의 속도 그 물건이라고 말한 결과가 됩니다．


무엇? 그렇다면, 100Km/h 동지의 차가 스치듯 지나치고도, 정확하게는 200Km/h가 아니?

그대로입니다．계산해 보십시오．199.99997778Km/h가 될 것입니다?　이 정도의 오차는 일상 생활으로는 문제로 되지 않는 것만으로，사실은 단순한 덧셈이 아닌　것입니다．　초등학교의 산수의 문제로 좋게 출고 오지요? 　시속 무엇Km의 전철이 동경부터，무엇Km의 전철이 오사카부터 동시에 출발하면 몇 시간후에 스 치듯 지나칩니까? 라는 문제가 있는지요?　저 대답은 정확하게는 전부 틀린다고 말한 일이 됩니다．


왠지 것을 모르게 되고 버렸습니다． 그런데 빛의 속도가 불변이다로서，운동은 상대적 인다면 하 여，도대체 무엇이 일어납니까？

그렇군요．이야기가 조금 사도에 빗나가고 버렸지만，이러한 일으로부터，운동뿐만 아니라 물건의 대기사 질량，시간도 절대적인 것이 아니다라고 말하다라는，지금까지의 상식을 뒤엎을 것같은 이론이 생기고 이겠 습니다．

알기 쉽게 말하면，지금 여기에서 5초 지났는다면 하여 도，있는 곳으로부터 보면 3 초이거나 하고, 지금 여 기에서 길이 10cm의 연필이 있었다고 하더라도，있는 곳으로부터 본다면 7cm이거나 하는 일입니다．


무엇?　있는 곳으로부터 보면? 그것 어디에서?

조금 이해하기 어려울지도 모르지만，「여기」와 다른 일정한 속도로 이동하고 있는 곳입니다． 예를 들면 「여기」는 시속 40Km/h로 있는 방향에 이동하고 있는 전철의 중이라고 합니다．「있는 곳」라고 하는 것은 「여기」와 다른 시속에 이동하고 있는 자동차의 중(예를 들면 시속 80Km/h)를 가리킵니다． 물리학적에 표 현하면，「다른 관성계」라고 말한 일이 됩니다．

다른「관성 계」(일정 속도로 이동하고 있는 물체）의 사이에서는 물건의 크기，질량，시간은 전부 상대적 인 물건밖에 없는 것입니다．


설마! ...그럼，예를 들면 비행기 가운데에서는 지상과 시간이 지나는 빠르기가 다른거야?

그대로입니다!　 어떻게 말한 일이나 설명합시다．

이것은 어디까지나 가정의 이야기입니다만，지상에 15만 Km의 높이의 건물을 짓습니다．　천장에 거울을 붙입니다. 그리고 천장을 향하고 빛을 발합니다．바닥에는 1초후에 빛이 돌아오고 옵니다이군？(왕복으로 30만 Km＝빛의 초속)

그러면，비행기의 중에서 동일한 일을 합니다．　천장에 거울을 붙이고 바닥에서 천장으로 향하고 빛을 발 하고，몇초 후에 바닥까지 빛이 돌아오고 오든지 재는 것입니다．　어디까지나 가정의 이야기입니다만，비 행기의 천장까지의 높이도 15만 Km 있는다면 합니다．　대답입니다만，당연히，지상과 동일한 1초 후입니 다． 동일이 아닐까지 라고 말하지 마십시오．

문제는 그 비행기의 모습을 지상에서 보었던 때입니다．　어디까지나 보였는다면 하여 의 이야기입니다만． 결론으로부터 말하면，지상에서 1초 지나고도，비행기의 천장에서 반사된 빛은 아직 비행기의 바닥에는 도 달하고 있지 않는 것입니다!



지상의 건물에서의 실험이나，비행기 가운데에서의 실험은，적어도 그 중에 있는 사람에 있어 빛은 곧장 위 에 올라가고，반사된 아래에 돌아오는 수직 왕복 운동이군요?　그런데, 지상에서 보면 비행기의 바닥에서 빛이 발사된 순간에 비교하고, 빛이 천장에서 반사되고 아래에 돌아오는 순간에는 비행기의 위치는 수평에 이동하고 있는군요?　깨닫았습니까?　그렇습니다! 지상에서 보다 비행기상에서는 빛이 날아가지 않으면 안 된 거리가 분명히 길은 것입니다．

빛의 속도는 일정이기 때문에，거리가 긴다면 시간이 걸립니다．　지상에서는 1 초에 왕복하고，기상에서도 1초로 왕복한 것입니다만，지상에서(지상은 속도가 제로이군요?) 이동 속도가 다른 비행기의 세계의 성적 일을 엿보고 보면，속도가 빠른 기상에서는 분명히 시간은 느리게 진행되고 있는 것입니다．

절대적인 시간등 존재하지 않는 것입니다! 비행기의 속도가 빛의 속도에 근접한 정도，이 시간의 차이는 현저로 나타납니다만，일상 생활 레벨에서는(이 점보 여객기의 예로는 10억분의 1초 정도의 차이) 전혀 문 제목이 되지 않는 정도의 사이•씩?없는 것입니다．


정말이군요!　정말로 그렇게 말한 일이 되는 거야!　굉장해! 일정 속도로 이동하고 있는 물건의 「시간」은 이동 속도에 의하고 변화하는군요！ 그러면, 크기나 질량이 변화한 것은 어떻게 해?

네, 겨우 다음에 진행하는군요! 아주 캄캄암의 중를 신간선(열차)이 질주하고 있는다면 합시다．　달리고 있는 신간선의 길이를 직접 기준을 맞히고 재는 역에는 가지 않으시기 때문에，신간선의 선두가 눈앞에 왔던 순간에 신간선에 빛을 쬐는 일에 하여입니다．　신간선의 선두에는，최후미로 향하고 빛을 반사하도록 거울을 설치하고 일어납니다． 더욱 최후미에는，그 빛을 차외에 반사하도록 거울을 설치하고 일어납니다.



신간선의 선두의 옆에서 있는 위치에서，신간선의 최후미로부터 반사된 빛이 비추어 보고 냈던 차외의 포인 트까지가，신간선의 길이가 된 역입니다．　먼저 신간선이 정차한 상태에서 실험해 봅니다． 다음에 신간 선을 술술 움직였던 상태에서 측정해 봅니다．　결론으로부터 말하면，달리게 한 상태에서 측정한 쪽이의 길양이나로 짧아지고 스밀 것 같은 것입니다．

신간선이 전을 향하고 이동하고 있는 부분만，뒤를 향하고 날아가고 있는 빛은，최후미의 거울에 도달하고 고 말기 때문에，그렇게 된 것입니다．　물론 신간선 그 자체가 소리를 내고 줄고 버렸던 것이 않닙니다. 　신간선에 승객에 있어，신간선이 멈추고 있을 것 같지만，달리고 있을 것 같지만 무엇 사람개 다름은 없는 것입니다．　물건이 준다고 말한 것은，「공간 자신이 준다」고 말한 것 이름 것입니다．


공간 자신이 줄는 어떤 일?

평면으로 말하면，방안지(그래프 용지)의 눈금이 변하고 스밀 것 같은 것입니다． 우리들이 살고 있는 세계 는 3차원의 세계이기 때문에，공간에도 방안지처럼 눈금이 찍고 있는다면 하여(유원지의 정글짐 저럼 물건 이군요!)，그 눈금 자체가 고르지 못하게 변화기와 같은 것입니다．　태양의 강력한 중력의 옆을 통과한 때 에 직진한 것의 빛은 구부리지고 말은, 라고 말한 이야기를 처음에 했습니다만，저것도 같습니다．　강력한 중력으로 공간 그 자체가 비뚤어지고 말았던 것만으로，빛 자신은 직진(공간의 눈금에 대하고)하고 있는 것 입니다．


정말 자고...　그런데，만약 신간선이 빛의 속도로 달리면 어떻게 된것?

좋은 질문이군요!　상당히 느낌이 잡을 수 있는군요! 결론으로부터 말하면，신간선의 중를 뒤를 향하고 날아가는 빛과 동일한 속도로 최후부의 거울이 맨 앞부의 거울의 곳 마로 오고 버리기때문에，신간선의 길이는 제로가 되어 버립니다!　즉，역설적이게，형이 있는 것 은 빛의 속도에는 결코 가속할 수 없는다고 말한 일입니다．

이동 속도가 빨라지는 정도(빛의 속도에 근접한 정도) 물건의 크기는 줄고，따라서 체적도 작아지고，질양은 증가한 일이 된 역이군요．

이것으로 「일정 속도로 이동하고 있는 물건의 크기나 질량이나 시간은 이동 속도에 의하고 변화한」일을 알 고 받을 수 있다고 생각합니다．


아....지쳤다!!

좋게 참을성이 많고，끈덕지게 맞서고 주었던 자고!　그러나 이것으로 당신도 아인슈타인의 상대성 이론을 일응 이야기할 수 있도록 됐어요！

다시 한번 정리해 봅시다!


「일반 상대성 이론」....1916년 / 가속도계에 관한 이론

중력이 있는 장소에서는 빛은 구부러지고 (라고 말한 일은 공간이 비뚤어지고)，에너지가 잃어버리고 (라고 말한 일은 파도 장이 길어지고 색은 적색에 근접하다)，시간은 천천히 진행된다．

　　　　　 　→ 중력＝가속도에 의하고 공간은 비뚤어지고，시간은 지연된다.


「특수 상대성 이론」....1905년 / 관성계에 관한 이론

일정한 속도로 이동하고 있는 물건(관성 운동)의 크기，질량，시간 은 절대적인 것이 아니고, 이동 속도가 빛의 속도 에 근접한 것에 따라，각각 변화한다．(크기는 줄고，질량은 증가하고，시간은 지연되다)

　　　　　 　→　공간도 시간도 상대적인 것이다.


대단히 수고하셨습니다!!



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