なぜ時間が遅くなるの？【相対性理論】/ インターステラー解説【Interstellar】

Summary

インターステラーの時間の描写について。相対性理論で説明される時間の相対性をわかりやすく解説。GPSなどの実例も紹介しつつ、映画での時間のゆがみの設定についても言及。

Takeaways

• 😀 ニュートン力学は絶対時間と絶対空間を前提としていたが、相対性理論によってそれが崩れた
• 😮 光の速さは観測者に関係なく一定である「光速不変の原理」が成立している
• 📏 GPSの正確性は相対性理論に基づいている
• ⏱ 運動している物体では時間の進みが遅くなる「時間の遅延」が起きる
• 🌀 重力とは時空そのものの歪みであると考えられている
• 🕑 重力の強い場所では時間の進みが遅くなる「重力時間遅延」がある
• 🛰 GPS衛星は日々38マイクロ秒ずつ時計を修正している
• 📚 ミラーの星の設定は非現実的だが物理法則に反していない
• 💫 インターステラーはSFながら現代物理学に寄り添う形で制作されている
• 🎥 インターステラーの科学的解説は面白い

Q & A

相対性理論とはどのような理論ですか?

相対性理論とは、アインシュタインが提唱した理論で、光の速さがすべての観測者にとって一定であるという前提の下、時間と空間が相対的な概念であることを説明しています。移動する観測者から見ると時間の流れが遅くなるなどの現象が理論的に説明できます。

なぜ時間の流れが遅くなるのでしょうか?

相対性理論によると、光の速さはすべての観測者にとって一定です。観測者が高速で移動していると、光がとる経路が傾いて見えるため、光がセンサーに届くまでにより時間がかかることになります。これが時間の流れが遅くなる理由です。

インターステラーではなぜ時間のずれが起きるのですか?

インターステラーでは巨大なブラックホールの周りを旅しています。ブラックホールの強力な重力が時空間を歪めているため、時間の流れに影響が出て、地球側から見ると時間が遅れて見えるのです。

GPSで相対性理論が使われているということですが、どのように使われているのでしょうか?

GPS衛星は地上と比べて時間の流れが早くなっています。これは相対性理論によって計算できる量です。GPSの精度を保つためにはこの時間のズレを補正する必要があり、そこで相対性理論が利用されています。

光時計とはどのような思考実験ですか?

光時計は、光の速さを利用して1秒の時間を定義する思考実験です。光が一定の距離を移動するのにかかる時間を1秒とみなすという考え方です。この考え方が相対性理論の基本になっています。

重力と時空のゆがみにはどのような関係がありますか?

一般相対性理論では、重力と時空のゆがみは等価な概念と考えられています。大質量の天体の周りでは時空がゆがみ、その影響で時間の流れが遅くなったりするとされています。

ニュートン力学と相対性理論の違いは何ですか?

ニュートン力学は絶対時間や絶対空間を前提としていますが、相対性理論では時間と空間が観測者によって相対的な概念であるとされています。この違いが両者の大きな違いです。

相対性理論は実生活でどのように使われていますか?

先ほど説明したGPSのほか、原子力発電所内での時間同期や半導体製造での精密計測など、高精度を要求されるさまざまな場面で相対性理論の応用が行われています。

時間の進みの遅れを実験で検出したことがあるのでしょうか?

はい、1960年に22.5mの塔の天地で時間のずれを計測した実験が行われ、時間の進みに1日210兆分の1秒の差が確認されています。ただ日常生活ではこの程度の差は認識できません。

インターステラーに出てくる科学のどの部分が事実で、どの部分がフィクションなのでしょうか?

インターステラーの科学アドバイザーによると、映画の前半部分はほぼ事実に基づいていますが、後半部分には相当なフィクションが含まれているとのこと。詳細はキップ・ソーン博士の書籍を参照してください。