物理理科統計力学・相対性理論

5分でわかる「ローレンツ変換」特殊相対性理論の要を理系ライターがわかりやすく解説

ローレンツ変換.その5

ローレンツ変換.その5

image by Study-Z編集部

上記のローレンツ変換は速度vが光速cに比べて十分に小さい極限を考えるとガリレオ変化に帰着します。ローレンツ変換は最初にローレンツによって、マクスウェル方程式が座標変換に対して不変である条件から求められました。しかし、ローレンツはこれが時空の基本的性質であるということには気づかなかったのです。

このローレンツ変換は二つの座標系がx方向に相対速度をもつ特別な場合のローレンツ変換になります。しかし、相対速度がどんな方向であっても相対速度の方向をx座標にとるようにすれば、いつでもこの式を用いて変換することが可能です。

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光速度不変の原理とは、どの慣性系で見ても光速は完全に同じであるというびっくりするような原理だ。この原理が正しいとすると、ローレンツ変換は自動的にでてくる。

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相対性理論の奥深い世界

この記事で紹介したように、光速度がどの慣性系でも同じ速度であるという原理を認めれば、ローレンツ変換は比較的簡単な考察で出てきますし、ローレンツ変換自体もそれほど複雑ではありません。しかし、その結果は絶大です。慣性系によって時間の速さが変わったり、物体の長さが縮むなどの不思議な現象がローレンツ変換を少し調べれば存在することがわかります。

どれも常識に反することばかりで、はじめは随分戸惑うでしょう。アインシュタインの偉大さは、自分の直観にしたがって常識の方が間違っていると喝破したことでした。機会があれば、是非不可思議な相対性理論の世界を味わってみてください。

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