物理理科統計力学・相対性理論

5分でわかる「ローレンツ収縮」何のこと?移動距離が縮む?理系ライターが解説

よぉ、桜木建二だ。超高速で進む物体は「時間がゆっくり流れる」と聞いたことはなかろうか?そう、いわゆる相対性理論。静止した系から観測する1秒が高速移動する物体では0.9秒だったり0.8秒だったりあるいは0.0秒だったりする。そして高速移動する物体では時間と同様「移動距離」も短くなる。これがローレンツ収縮であり全長が短くなることから「縮んだ」ようになる。なぜそのようなことが起きるか、理系ライターのR175と見ていこう。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

R175

ライター/R175

関西のとある国立大の理系出身。学生時代は物理が得意で理科の教員免許も持っている。技術者の経験があり、教科書の内容では終わらず身近な現象と関連付けての説明を心掛ける。

1.速度を持った系では時間が縮む?

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静止した物体から観測する1秒は移動する物体から観測すると1秒より短くなります。なぜでしょうか?順を追って見ていきましょう。

系とは?

系とは?

image by Study-Z編集部

今回の記事でよく登場する「というワードについて簡単に触れておきましょう。系とは「観測する基準」のこと。例えば、踏切で待ってAさんから見た場合を系A、電車に乗っているBさんから見た場合を系Bとしましょう。時速10kmで電車と同じ方向に進む自転車は系Aから見ると右向きに時速10km、系Bから見ると左向きに時速50km。距離や時間、速度を議論する時はどこ基準で見るかを決める必要があり、その基準のことを系と呼びます。系は静止状態とか電車の中とか自転車など、観測する基準とイメージしてください。

2.相対性理論

簡単に言うと、速度を持った系では静止した系より移動距離や時間が短くなるという話。

光速度不変の原理原理とローレンツ収縮

どんな系でも共通なのは光速度のみで、時間や距離は系によって辻褄を合わせるように変化します。なぜ辻褄を合わせる必要が出てくるのか?動いている系ではなぜ時間や距離がズレてくるのでしょう。

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相対性理論、ローレンツ収縮と「難しそう」な概念が登場するが怖がる必要はない。使っている知識は「距離・速さ・時間」の関係と「三平方の定理(ピタゴラスの定理」)。あとは、強いて言うなら相対速度の概念が必要になる。

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