一般相対性理論と特殊相対性理論。特殊相対性理論

特殊相対性理論 (STR) または部分相対性理論は、1905 年に著作「移動体の電気力学について」(Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge) で発表されたアルバートアインシュタインの理論です。 17. Seite 891-921 1905 年 6 月）。

これは、異なる慣性基準系間の動き、または一定の速度で互いに関連して移動する物体の動きを説明しました。この場合、どのオブジェクトも参照系として考慮すべきではありませんが、それらは相互に相対的に考慮される必要があります。 SRT では、2 つの物体が移動方向を変えずに均一に移動する場合は 1 つのケースのみが提供されます。

SRT の法則は、いずれかの物体が軌道を変更するか、速度が増加すると適用されなくなります。ここでは一般相対性理論 (GTR) が行われ、物体の動きの一般的な解釈が得られます。

相対性理論の基礎となる 2 つの公準:

相対性原理- 彼によると、一定の速度で相互に移動し、方向を変えない既存のすべての基準系に、同じ法則が適用されます。
光速の原理- 光の速度はすべての観察者にとって同じであり、観察者の移動速度には依存しません。これは最高速度であり、自然界にはこれより速い速度のものはありません。光の速度は 3*10^8 m/s です。

アルバート・アインシュタインは、理論的データではなく実験データを基礎として使用しました。これが彼の成功の要素の 1 つでした。新しい実験データは、新しい理論の作成の基礎として機能しました。

19 世紀半ば以来、物理学者はエーテルと呼ばれる新しい神秘的な媒体を探してきました。エーテルはすべての物体を通過できるが、その運動には関与しないと信じられていました。エーテルに関する信念によれば、エーテルに対する観察者の速度を変えると、光の速度も変わります。

アインシュタインは実験を信頼し、新しいエーテル媒体の概念を拒否し、光の速度は常に一定であり、人間自身の速度などのいかなる状況にも依存しないと仮定しました。

時間間隔、距離、およびそれらの均一性

特殊相対性理論は時間と空間を結び付けます。物質宇宙では、空間には右と左、前と後ろ、上と下の 3 つが知られています。これらに時間と呼ばれる別の次元を追加すると、これが時空連続体の基礎を形成します。

遅い速度で移動している場合、より速く移動している人々の観察結果は収束しません。

その後の実験により、空間は時間と同様に同じように認識することができないことが確認されました。つまり、私たちの認識は物体の移動速度に依存します。

エネルギーと質量を結び付ける

アインシュタインは、エネルギーと質量を組み合わせた式を思いつきました。この公式は物理学で広く使用されており、すべての学生に馴染みのあるものです。 E=m*c²ここで、 電子エネルギー; m - 体重、c - 速度光の伝播。

物体の質量は光速の増加に比例して増加します。光速に達すると、物体の質量とエネルギーは無次元になります。

物体の質量を増加させると、速度の増加を達成することがより困難になります。つまり、無限に巨大な物質質量を持つ物体の場合、無限のエネルギーが必要になります。しかし、実際にはこれを達成することは不可能です。

アインシュタインの理論は、質量の位置とエネルギーの位置という 2 つの別々の規定を 1 つの一般法則に結合しました。これにより、エネルギーを物質質量に、あるいはその逆に変換することが可能になりました。

ニュートンの研究は、自然科学におけるほぼすべての科学的考え方の根本的な変化である、大きな科学革命の一例です。ニュートンの時代から、古典物理学のパラダイムが誕生し、ほぼ 250 年間にわたって科学における主要かつ決定的な見解体系となりました。

ニュートンの信奉者たちは、彼が発見した定数を有意義に改良し始めました。徐々に科学派が形成され始め、さまざまな自然現象の観察と分析の方法、分類が確立されました。機器や科学機器は工場で生産されるようになりました。自然科学の多くの分野で定期刊行物が発行され始めました。科学は人類の活動の最も重要な分野となっています。

そのため、ニュートン力学と宇宙論は、千年以上支配的であったアリストテレスの教えや中世の学問的構造に取って代わる、新しい世界観の基礎としての地位を確立しました。

しかし、19 世紀の終わりまでに、支配的なパラダイムに矛盾する事実が現れ始めました。そして、主な矛盾は、当時最もダイナミックに発展していた科学である物理学でも再び観察されました。

この状況の典型的な例は、ケルビン卿 (ウィリアム・トムソン) の発言です。彼は 19 世紀の終わりに、「当時の古典物理学の澄んだ輝く空には、小さな雲が 2 つしかなかった」と述べました。それらの 1 つは、地球の絶対速度を決定するためのマイケルソンの実験の否定的な結果に関連しており、もう 1 つは、絶対黒体のスペクトルにおけるエネルギー分布に関する理論データと実験データの間の矛盾に関連しています。

ケルビンは並外れた洞察力を示しました。これらの未解決の問題は、アインシュタインの相対性理論と量子理論の両方の出現につながり、新しい自然科学パラダイムの基礎を形成しました。

また、古典的なニュートン物理学の使用では水星の軌道を正確に計算することができず、マクスウェルの電気力学方程式は古典的な運動法則に対応していないことにも注意してください。

相対性理論の創造の前提条件はまさにすでに述べた矛盾でした。それらの解決は、自然科学に新しい相対論的アプローチを導入することで可能になりました。

通常明確に理解されていないのは、物理法則に対する相対的 (または相対論的) アプローチに対する一般的な願望が、現代科学の発展の非常に初期の段階で現れ始めたという事実です。アリストテレス以来、科学者たちは地球が宇宙の中心点であると考え、時間の最初の瞬間が原初の物質を動かし始める最初の推進力であるとみなしました。アリストテレスの考えは中世の意識において絶対的なものとして受け入れられていましたが、15世紀末にはすでに観察された自然現象と衝突するようになっていました。特に天文学には多くの矛盾が蓄積されています。

矛盾を解決するための最初の本格的な試みはコペルニクスによって行われ、単に惑星が地球の周りではなく太陽の周りを移動するということを受け入れることによって行われました。すなわち、彼は初めて地球を宇宙の中心から取り除き、宇宙の出発点を奪ったのである。実際、これは人類全体の思考の決定的な再構築の始まりでした。コペルニクスは太陽をこの中心に配置しましたが、太陽ですら多くの星の一つにすぎず、中心などまったく見つからないことを後世の人々に理解させるための大きな一歩を踏み出しました。その後、当然のことながら、時間についても同様の考えが生じ、宇宙は創造の瞬間も、宇宙が向かっていく「終わり」もなく、無限かつ永遠であると見なされ始めました。

この変遷が相対性理論の起源につながります。空間には特権的な位置や時間的に特権的な瞬間はないので、物理法則は中心とされたどの点にも等しく適用でき、そこから同じ結論が得られます。この点で、この状況は、例えば地球の中心がすべての物質が向かう点として特別な役割を割り当てられたアリストテレスの理論で起こっている状況とは根本的に異なります。相対化の傾向は後にガリレオの法則とニュートンの法則に反映されました。

ガリレオは、運動は本質的に相対的なものであるという考えを表現しました。つまり、物体の均一な直線運動は、そのような運動に関与していない物体に対してのみ決定できます。

ある列車が一定の速度で、揺れることなく別の列車を通過することを頭の中で想像してみましょう。しかもカーテンが閉まっていて何も見えない。乗客はどの電車が動いていてどの電車が止まっているかを見分けることができますか? 彼らは相対的な動きしか観察できません。これが古典相対性原理の主な考え方です。

運動の相対性原理の発見は、最も偉大な発見の 1 つです。彼なしでは物理学の発展は不可能だったでしょう。ガリレオの仮説によれば、慣性運動と静止は物質体に対する影響において区別がつきません。移動する参照フレーム内のイベントの記述に進むには、と呼ばれる座標変換を実行する必要がありました。「ガリレオの変身」、著者にちなんで名付けられました。

たとえば、ある座標系を考えてみましょう。バツ、固定参照系に関連付けられています。物体が軸に沿って移動することを想像してみましょうバツ一定の速度で v。座標バツ " , t" は、このオブジェクトに対して相対的に取得され、ガリレイ変換によって決定されます。

x" = x - ut
y" = y
z" = z
t" = t

特に注目すべきは 3 番目の方程式 ( t" = t）これによれば、クロックレートは相対運動に依存しません。同じ法則が古い基準枠と新しい基準枠の両方に適用されます。これが限定された相対性原理です。このように言えるのは、力学の法則が、ガリレイ変換によって相互接続されたすべての参照系における同じ関係によって表現されるからです。

ガリレオの運動の相対性理論を発展させたニュートンによると、均一かつ直線的に移動する実験室 (慣性座標系) で行われるすべての物理実験は、静止している場合と同じ結果が得られます。

前述したように、当時の古典物理学の成功にもかかわらず、それに矛盾するいくつかの事実が蓄積されてきました。

19 世紀に発見されたこれらの新しいデータは、アインシュタインの相対論的概念につながりました。

物理学の革命はローマーの発見から始まりました。光の速度は有限であり、約30万km/秒に等しいことが分かりました。その後、ブラッドリーは星収差の現象を発見しました。これらの発見に基づいて、真空中の光の速度は一定であり、光源と受信器の動きに依存しないことが確立されました。

巨大ではあるが、空虚における光の速度は無限ではないため、運動の相対性原理との矛盾が生じました。毎秒 240,000 キロメートルという猛スピードで移動する電車を想像してみましょう。私たちが電車の先頭にいると、最後尾の電球が点灯します。光が電車の端から端まで移動するのにかかる時間を測定するとどうなるか考えてみましょう。

今回は、停車中の電車に乗っている時間とは違うようです。実際、毎秒 240,000 キロメートルの速度で移動する電車と比較すると、光の (電車に沿って進む) 速度はわずか 300,000 - 240,000 = 60,000 キロメートル/秒になります。逃げていく先頭車の前壁にライトが追いついてくるようです。電車の先頭に電球を置き、その光が最後尾の車両に届くまでの時間を測定すると、電車の進行方向と逆方向の光の速さは24万+ 300,000 = 1 秒あたり 540,000 キロメートル (ライトと後続車が互いに向かって移動します)。

したがって、動いている列車では光は異なる方向に異なる速度で広がる必要があるが、静止している列車ではこの速度は両方向で同じであることがわかります。

ガリレイ変換の下では、電磁場のマクスウェル方程式が不変形式を持たないのはこのためです。彼らは、光の速度 C と等しい速度を持つ光および他のタイプの電磁放射の伝播を説明します。古典物理学の枠組み内で矛盾を解決するには、マクスウェル方程式が正確に一致する特権的な参照系を見つける必要がありました。が満たされれば、光の速度は全方向で C に等しくなります。したがって、19 世紀の物理学者はエーテルの存在を仮定しましたが、その役割は実際には、そのような特権的な参照枠の物理的基盤を作成することに限定されました。

エーテル中を地球が移動する速度を測定するための実験が行われました（マイケルソン・モーリー実験など）。これを行うには、光源からの光線がプリズムを通過し、地球の運動方向とそれに垂直な方向に分割されます。考え方によれば、速度が同じであれば、両方のビームが同時にプリズムに到達し、光の強度が増加します。速度が異なると光量は弱くなります。実験の結果はゼロで、エーテルに対する地球の速度を決定することは不可能でした。

この基準系の性質に関するエーテルの単純な理論の予測が実験で確認されなかったとき、H. ローレンツは、再び古典物理学を救うという目的を持って、次のような実験の否定的な結果を説明する新しい理論を提案しました。測定器がエーテルに対して移動するときに生じる変化の結果。観測結果とニュートンの法則との食い違いを、Cに近い速度で移動する際に機器に起こる変化で説明した。

ローレンツは、光速に近い速度で移動する場合、ガリレオ変換は高速の影響を考慮していないため、使用できないと示唆しました。光速に近い速度での彼の変換は「ローレンツ変換」と呼ばれます。ガリレイ変換は、低速システム用のローレンツ変換の特殊なケースです。

ローレンツ変換の形式は次のとおりです。

ローレンツ変換によれば、物体の質量、移動方向の長さ、時間などの物理量は、次の関係に従って物体の移動速度に依存します。

どこ M- 体重

これらのローレンツ変換の意味は次のようになります。

光に近い速度で体重が増加する
速度ベクトルと一致する方向に移動するときの体長の減少
2 つのイベント間の時間を長くする、または時間を遅くする

どこ L- 身長

どこ Δt – 2 つのイベント間の時間間隔

ローレンツによって発見されたパターンの物理的意味を見つけようとすると、速度ベクトルと一致して x 方向にすべての物体が圧縮され、強いほどその動きの速度が速くなると仮定できます。つまり、電子軌道の平坦化により物体は収縮を経験します。亜光速に達すると、移動系における時間の遅れについて話すことができます。有名な双子のパラドックスはこの原理に基づいています。双子の一方が亜光速の船で5年間の宇宙旅行に出た場合、双子の兄弟がすでにかなりの高齢になったときに彼は地球に戻ることになります。光速に近い速度で移動する物体の質量増加の影響は、高速で移動する物体の運動エネルギーの増加によって説明できます。質量とエネルギーの同一性に関するアインシュタインの考えによれば、物体の運動エネルギーの一部は運動中にその質量に変換されます。

マクスウェルの電気力学方程式にローレンツ変換を適用すると、そのような変換の下では不変であることがわかります。

アインシュタインはローレンツ変換を使用して相対性理論を開発しました。

空間と時間

相対性理論の創造のための重要な前提条件は、空間と時間の性質についての新しいアイデアでした。

通常の意識では、時間は連続する現象の客観的に存在する自然な調整から構成されます。空間的特徴は、ある天体と他の天体との相対的な位置、およびそれらの間の距離です。

ニュートンの理論体系では、客観的で独立した実体としての時間の最初の科学的概念、つまり時間の実体概念が明確に定式化されました。この概念は古代の原子学者に由来し、絶対空間と時間に関するニュートンの理論で栄えました。ニュートンの後、20 世紀初頭まで物理学をリードしていたのはこの概念でした。ニュートンは時間と空間を定義するために二重のアプローチを採用しました。このアプローチによれば、絶対時間と相対時間の両方が存在します。

絶対的で真の数学的な時間自体は、外部とは何の関係もなく、均一に流れ、持続時間と呼ばれます。

相対時間、見かけの時間、または通常の時間は、数学的な時間の代わりに日常生活で使用される期間の尺度です。これは、時間、月、年などです。

絶対的な時間は、その流れの中で変えることはできません。

日常レベルでは、長期間をカウントするシステムが可能です。一年の日数を数える順序が規定され、元号が示されていれば、それはカレンダーです。

時間の関係概念は、実体概念と同じくらい古いものです。それはプラトンとアリストテレスの著作の中で発展しました。アリストテレスは、『物理学』の中でこの時間の概念について初めて詳細に説明しました。この概念において、時間は独立して存在するものではなく、より根源的な存在から派生するものである。プラトンにとって、時間は神によって創造されましたが、アリストテレスにとって、時間は客観的な物質の動きの結果です。デカルトに始まり 19 世紀の実証主義者に至る現代の哲学において、時間は人間の意識活動のさまざまな側面を表す特性または関係です。

スペースの問題も、よく調べてみると難しいことが分かります。空間は論理的に考えられる形式であり、他の形式や特定の構造が存在する媒体として機能します。たとえば、初等幾何学において、平面はさまざまな平面的な図形が構成される媒体となる空間です。

ニュートンの古典力学では、絶対空間は、その本質上、外部の何に関係なく、常に同じで静止しています。それはデモクリトスの空虚の類似物として機能し、物理的オブジェクトの力学の舞台です。

アリストテレスの等方性空間の考え方は、デモクリトスの空間の均質性と無限性から逸脱したものでした。アリストテレスと彼の信奉者によれば、宇宙は地球という中心を獲得し、その周りを球体が回転し、最も遠い星の天球が最終的な世界空間の境界として機能すると考えられました。アリストテレスは空間の無限性を拒否しますが、無限の時間の概念を堅持します。この概念は、限られてはいるが有限ではない、宇宙の球状空間についての彼の考えに表現されています。

古典的なニュートン空間は、その均質性の考えに基づいています。これは古典物理学の基本的な考え方であり、コペルニクス、ブルーノ、ガリレオ、デカルトの著作で一貫して発展しました。ブルーノはすでに宇宙の中心という考えを放棄し、それは無限で均質であると宣言しました。このアイデアはニュートンによって完成されました。均質な空間では、絶対運動の概念が変化します。つまり、その中の物体は慣性によって動きます。加速度がなければ慣性力は発生しません。直線運動と等速運動の意味は、所与の物体と任意に選択された基準物体との間の距離の変化に帰着します。直線運動と等速運動は相対的なものです。

歴史的に、最初で最も重要な数学的空間は、実空間の抽象的なイメージを表す平面ユークリッド空間です。この空間の特性は、5 つの主要な公準と 9 つの公理を使用して記述されます。ユークリッド幾何学、いわゆる交差しない平行線に関する第 5 公準には弱点がありました。古代および現代の数学者はこの立場を証明しようと試みましたが失敗しました。 18 世紀から 19 世紀にかけて、D. サッケリ、ランベール、A. ルジャンドルはこの問題を解決しようとしました。第 5 公準を証明する試みの失敗は大きな利益をもたらしました。数学者はユークリッド空間の幾何学の概念を修正する道を選びました。最も深刻な修正は、19 世紀前半に N. I. ロバチェフスキー (1792 - 1856) によって導入されました。

彼は、2 本の平行線の公理の代わりに、真逆の仮説を立てて、それに基づいて一貫した幾何学を作成できるという結論に達しました。この新しい幾何学構造では、いくつかのステートメントは奇妙に見え、逆説的にさえ見えました。たとえば、ユークリッドの公理では、平面内では、指定された直線上にない点を通って、最初の直線に平行に 1 本の直線を引くことができます。ロバチェフスキーの幾何学では、この公理は次のように置き換えられます。平面内で、指定された線上にない点を通って、指定された直線と交差しない複数の直線を引くことができます。。このジオメトリでは、三角形の角度の合計は 2 つの直線よりも小さくなります。しかし、外部のパラドックスにもかかわらず、論理的には、これらのステートメントはユークリッドのステートメントと完全に等しいです。彼らは宇宙の性質についての考えを根本的に変えました。ロバチェフスキーとほぼ同時に、ハンガリーの数学者 J. ボリャイと有名な数学者 K. ガウスも同様の結論に達しました。同時代の科学者は、非ユークリッド幾何学を純粋な空想だと考え、懐疑的でした。しかし、ローマの数学者 E. ベルトラミは、非ユークリッド幾何学のモデル、つまり擬球を発見しました。

図 1. 擬似球

空間の性質を理解するための次の大きな一歩は、B. リーマン (1826 - 1866) によってなされました。 1851年にゲッティンゲン大学を卒業した彼は、すでに1854年（28歳）に「幾何学の基礎となる仮説について」という報告書を発表し、ユークリッドの幾何学が含まれる数学的空間の一般的なアイデアを与えました。ロバチェフスキーとロバチェフスキーは特殊なケースだった。 n 次元リーマン空間では、すべての線が基本セグメントに分割され、その状態は係数 g によって決まります。係数が 0 の場合、このセグメント上のすべての線は直線になり、ユークリッドの公準が機能します。他の場合には、空間は湾曲します。曲率が正の場合、その空間はリーマン球面と呼ばれます。負の場合、それは擬球面ロバチェフスキー空間です。したがって、19 世紀半ばまでに、平らな 3 次元ユークリッド空間の場所は、多次元の曲面空間によって占められました。リーマン空間の概念は、最終的にはアインシュタインが一般相対性理論を創造するための主要な前提条件の 1 つとして機能しました。

図2 リーマン球空間

相対性理論の空間幾何学的背景の最終的な準備は、アインシュタインの直接の教師である G. ミンコフスキー (1864 ～ 1909) によって与えられました。四次元時空連続体、物理的な三次元空間と時間を統合します。彼は、電子理論と相対性原理に基づいて、移動メディアの電気力学に積極的に関わっていました。彼が得た方程式は、後にミンコフスキー方程式と呼ばれ、ローレンツ方程式とは多少異なりますが、実験事実と一致しています。それらは、4 次元空間における物理プロセスの数学的理論を構成します。ミンコフスキー空間は、特殊相対性理論の運動学的効果を視覚的に解釈することを可能にし、相対性理論の現代の数学的装置の基礎を成します。

この単一の空間と時間の考え方は、後に呼ばれます。時空、そしてニュートンの独立した時空とのその根本的な違いは、明らかに1905年よりずっと前にアインシュタインを捉えており、マイケルソンの実験やローレンツ・ポアンカレ理論のいずれにも直接関係していません。

1905 年、アルバートアインシュタインは、ジャーナル「物理学年報」に「移動体の電気力学について」という記事と、この公式が初めて示された別の小さな記事を発表しました。 E=mc2。彼らが後に言い始めたように、これが私たちの世紀の主要な公式です。

電気力学に関する記事では、直線運動や等速運動に対する特権座標系の存在を排除する理論を提示しています。アインシュタインの理論は、空間参照系から独立した時間を排除し、速度を加算するという古典的な規則を放棄します。アインシュタインは、光の速度は一定であり、自然界の速度限界を表すと仮定しました。彼はこれを理論と呼んだ「特殊相対性理論」.

アインシュタインは、次の基本公準に基づいて理論を展開しました。

物理システムの状態が変化する法則は、相互に均一かつ直線的に移動する 2 つの座標系のどちらに関係する変化に依存しません。したがって、等速直線運動に適した基準系は存在しません。相対性原理
各光線は、その光線が静止した光源から発せられるか、移動する光源から発せられるかに関係なく、静止座標系内を一定の速度で移動します。この速度は自然界のインタラクションの最大速度です - 光速度の不変性について仮定する

これらの公準から 2 つの結果が得られます。

フレーム 1 のイベントがある点で発生し、同時である場合、別の慣性フレームでは同時ではありません。これが同時性の相対性原理です
速度 1 と速度 2 の合計は光速を超えることはできません。これは速度の加算に関する相対論的法則です

これらの公準、相対性原理と光速度不変の原理は、アインシュタインの特殊相対性理論の基礎です。これらから、彼は長さの相対性と時間の相対性を取得します。

アインシュタインのアプローチの本質は、エーテル仮説の基礎となっている絶対的な空間と時間についての考えを拒否することでした。代わりに、電磁現象と電磁放射の伝播に対する関係的なアプローチが採用されました。ニュートンの運動法則は、ガリレイ変換によって相互接続されたすべての等速運動系において同じ関係によって表現され、光速度の観測値の不変の法則は、ローレンツ変換によって相互接続されたすべての等速運動系において同一の関係によって表現された。

ただし、ニュートンの運動法則は、ローレンツ変換の下では不変ではありません。したがって、ニュートンの法則は真の力学法則ではありえないということになります（ニュートンの法則は近似値にすぎず、比率が次のような限られた場合にのみ有効です） v/cゼロになる傾向があります）。

しかし、特殊相対性理論は、限られた条件、つまり均一に動く系に対しても有効です。

アインシュタインは、著書「物体の重心と慣性の運動保存の法則」の中で特殊相対性理論の発展を続けました。彼は、光線には質量がある、つまり移動すると障害物に圧力を加えるというマクスウェルの結論を基礎としました。この仮定は、P.N. Lebedev によって実験的に証明されました。アインシュタインはその著作の中で、質量とエネルギーの関係を実証しました。彼は、物体がエネルギー L を放出すると、その質量は L / V2 に等しい量だけ減少するという結論に達しました。このことから、一般的な結論が導き出されました。つまり、物体の質量は、それに含まれるエネルギーの尺度です。エネルギーが L に等しい量だけ変化すると、それに応じて質量も L を光速の二乗で割った量だけ変化します。アインシュタインの有名な関係式 E = MC2 が初めて現れる方法です。

1911 年から 1916 年にかけて、アインシュタインは相対性理論を一般化することに成功しました。すでに述べたように、1905 年に作成された理論は特殊相対性理論と呼ばれました。これは直線運動と等速運動の場合にのみ有効でした。

一般相対性理論では、時空関係と物質プロセスの依存性の新たな側面が明らかになりました。この理論は、非ユークリッド幾何学の物理的基礎を提供し、空間の曲率とユークリッド幾何学からの距離の偏差を、物体の質量によって生成される重力場の作用と結び付けました。

一般相対性理論は、慣性質量と重力質量の等価原理に基づいており、その量的等価性は古典物理学ではるか昔に確立されていました。重力の影響下で生じる運動学的効果は、加速度の影響下で生じる効果と同等です。したがって、ロケットが 3 g の加速度で離陸すると、ロケット乗組員は地球の 3 倍の重力場にいるように感じることになります。

古典力学では、なぜ慣性と重さが同じ量、つまり質量で測定されるのか、なぜ重い質量が慣性質量に比例するのか、なぜ物体が同じ加速度で落下するのかを説明できませんでした。一方、絶対空間での加速運動による慣性力を説明する古典力学では、この絶対空間は物体に作用するが、物体には影響を受けないと考えられていました。これにより、慣性システムは力学の法則のみが適用される特別なシステムであると認識されました。アインシュタインは、重力場の外側の系の加速運動と重力場の慣性運動は基本的に区別できないと宣言しました。加速度と重力は物理的に区別できない効果を生み出します。

この事実は基本的にガリレオによって確立されました。すべての物体は重力場内で（環境抵抗がない場合）同じ加速度で移動し、すべての物体の所定の速度での軌道は重力場内で均等に曲がります。このため、自由落下するエレベーターの重力場を検出する実験はありません。言い換えれば、時空の狭い領域の重力場内を自由に移動する基準系では、重力は存在しません。最後のステートメントは、等価性の原理の定式化の 1 つです。この原理は、宇宙船内の無重力現象を説明します。

等価原理を光学現象に拡張すると、多くの重要な結果が得られます。これは、重力場の影響下での光線の赤方偏移と偏向の現象です。。赤方偏移効果は、光がより大きな重力ポテンシャルを持つ点からより小さな重力ポテンシャルを持つ点に向けられるときに発生します。つまり、この場合、その周波数は減少し、波長は増加し、その逆も同様です。たとえば、地球に降り注ぐ太陽光は周波数が変化してここに到達し、スペクトル線はスペクトルの赤い部分に向かってシフトします。

重力場における光の周波数の変化についての結論は、大きな重力質量の近くでの時間遅延の影響と関連しています。シャドウフィールドが大きい場合、クロックの動作は遅くなります。

このようにして、新たな基本的な結果が得られました - 光の速度はもはや一定の値ではなく、光線の方向が重力場の方向と一致するかどうかに応じて、重力場内で増加または減少します。.

新しい理論はニュートンの理論を量的にはほとんど変えませんでしたが、質的には大きな変化をもたらしました。慣性、重力、および物体と時計の計量動作は、フィールドの単一の特性に還元され、一般化された慣性の法則が運動の法則の役割を引き継ぎました。同時に、空間と時間は絶対的なカテゴリーではなく、物体とその質量がそれらに影響を与え、その尺度を変えることが示されました。

一般相対性理論で議論される空間の曲率や時間の膨張はどのようにして想像できるのでしょうか？

ゴムシートの形で空間のモデルを想像してみましょう（それが空間全体ではなく、その平面のスライスであっても）。このシートを横に伸ばしてその上に大きなボールを置くとゴムがたわみ、ボールの質量が大きくなります。これは、空間の曲率が物体の質量に依存していることを明確に示しており、また、ロバチェフスキーとリーマンの非ユークリッド幾何学がどのように描写できるかを示しています。

相対性理論は、重力場の影響下での空間の湾曲だけでなく、強い重力場の中での時間の減速も確立しました。空間の波に沿って進む光は、空間の平らなスライスに沿って進むよりも時間がかかります。一般相対性理論の最も素晴らしい予測の 1 つは、非常に強い重力場での時間が完全に停止することです。時間の遅れは、光の重力赤方偏移として現れます。重力が強いほど、波長は長くなり、周波数は低くなります。特定の条件下では、波長が無限大になり、周波数がゼロになる傾向があります。それらの。光は消えてしまいます。

太陽が発する光により、私たちの星が縮小して直径 5 km の球体になった場合、これが起こる可能性があります (太陽の直径は 150 万 km を超えています)。太陽は「ブラックホール」になってしまうのです。当初、「ブラックホール」は理論的に予測されていました。しかし、1993年に、ブラックホール・パルサー系におけるそのような天体の発見により、2人の天文学者ハルスとテイラーがノーベル賞を受賞した。この天体の発見は、アインシュタインの一般相対性理論のもう一つの裏付けとなりました。

一般相対性理論は、水星の計算上の軌道と実際の軌道との間の矛盾を説明することができました。その中で、惑星の軌道は閉じられていません。つまり、各回転の後、惑星は空間内の異なる点に戻ります。水星の計算された軌道は 43?? の誤差を与えました。つまり、水星の近日点の回転が観測されました (近日点とは、太陽に最も近い水星の周りを公転する惑星の軌道の点です)。

一般相対性理論だけが、太陽の重力質量の影響下での空間の曲率によるこの効果を説明できました。

相対性理論で定式化される空間と時間についての考え方は、最も一貫性があり一貫しています。しかし、彼らは大宇宙、大きな物体、長い距離、長い期間を研究した経験に依存しています。ミクロ世界の現象を説明する理論を構築する場合、アインシュタインの理論は、ミクロ世界での使用に矛盾する実験データはありませんが、適用できない可能性があります。しかし、量子の概念の発展そのものが、空間と時間の物理学の理解の見直しを必要とする可能性があります。

現在、一般相対性理論は、時間と空間で発生するプロセスを説明する科学の世界で一般的に受け入れられている理論です。しかし、他の科学理論と同様に、それは特定の期間における知識のレベルに対応します。新しい情報の蓄積と新しい実験データの取得により、どんな理論も反駁することができます。

一般相対性理論と特殊相対性理論 (新しい空間と時間の理論) は、すべての基準系が平等になるという事実をもたらしました。したがって、私たちのすべてのアイデアは特定の基準系でのみ意味を持ちます。世界の全体像は相対的で関係的な性格を獲得し、空間、時間、因果関係、連続性に関する重要な概念が変更され、主体と対象の明確な対立は拒否され、認識は両方を含む基準の枠組みに依存していることが判明しました。被写体と対象、観察方法など）

自然の認識に対する新しい相対主義的アプローチに基づいて、科学史上の新しい 3 番目の自然科学パラダイムが定式化されました。それは次のような考えに基づいています。

Ø 相対主義– 新しい科学パラダイムは、絶対的な知識という考えを放棄しました。科学者によって発見されたすべての物理法則は、特定の時点では客観的です。科学は限られた近似的な概念を扱い、真実を理解することのみを目指しています。
Ø 新決定主義- 非線形決定論。決定論を非線形として理解する上で最も重要な側面は、進行中の自然プロセスに対するいわゆる外部原因の存在を前提とする強制的な因果関係の考えを拒否することです。自然過程の過程を分析する際には、必然性と偶然性の両方が同等の権利を受け取ります。
Ø グローバル進化論– 自然は絶えず発展する動的なシステムであるという考え。科学は、自然をその構造の観点からだけでなく、その中で起こるプロセスの観点からも研究し始めました。同時に、自然界のプロセスの研究が優先されます。
Ø 全体主義- 単一の全体としての世界のビジョン。この全体の要素間の接続の普遍的な性質 (義務的な接続)。
Ø 相乗効果– 研究方法として、オープンシステムの自己組織化と開発の普遍的な原則として。
Ø 自然を研究する際に、分析と統合の間の合理的なバランスを確立する。この教えは、自然を際限なく最小のレンガに砕くことは不可能であることを理解しました。その特性は、自然全体の力学を通してのみ理解できます。
Ø 自然の進化は四次元の時空連続体の中で起こるという主張.

特殊相対性理論としても知られる SRT は、1905 年にノーベル賞受賞者のアルバートアインシュタインによって作成された、時空、運動、力学法則の関係を記述する洗練されたモデルです。

ミュンヘン大学の理論物理学科に入学したマックス・プランクは、当時この大学の数学学科を率いていたフィリップ・フォン・ジョリー教授にアドバイスを求めました。それに対して彼は次のようなアドバイスを受け取りました。「この分野では、ほとんどすべてがすでに解決されており、残っているのは、あまり重要ではない問題をいくつか解決することだけです。」若いプランクは、新しいことを発見したいのではなく、すでに知られている知識を理解して体系化したいだけだと答えました。その結果、そのような「あまり重要ではない問題」の 1 つから量子論が、また別の理論から相対性理論が誕生し、この理論によりマックスプランクとアルバートアインシュタインはノーベル物理学賞を受賞しました。

物理実験に依存した他の多くの理論とは異なり、アインシュタインの理論はほぼ完全に思考実験に基づいており、実際に確認されたのは後になってからでした。そこで、1895 年 (わずか 16 歳) に遡り、光線とその速度で平行に移動したら何が起こるだろうかと考えました。このような状況では、外部の観察者にとって、光の粒子は一点の周りで振動しているはずであることが判明しました。これは、マクスウェルの方程式と相対性原理（物理法則は、あなたがいる場所や場所には依存しないと述べています）に矛盾します。移動する速度)。したがって、若いアインシュタインは、光の速度は物質的な体では達成できないはずであるという結論に達し、最初のレンガが未来理論の基礎に組み込まれました。

次の実験は 1905 年に彼によって行われました。その実験は、走行中の列車の端に同時に点灯する 2 つのパルス光源があるということでした。電車の横を通り過ぎる外側の観察者にとって、これらの出来事は両方とも同時に起こりますが、電車の中央にいる観察者にとっては、車両の先頭からの光のフラッシュのため、これらの出来事は異なる時間に起こっているように見えます。光の速度が一定であるため、端からよりも早く到着します。

このことから、彼は出来事の同時性は相対的なものであるという非常に大胆かつ広範囲にわたる結論を導き出しました。彼は、これらの実験に基づいて得られた計算を「移動体の電気力学について」という著作で発表しました。さらに、移動している観測者の場合、これらのパルスの一方が他方よりも大きなエネルギーを持つことになります。このような状況で、ある慣性基準系から別の慣性基準系に移動するときに運動量保存の法則が破られないようにするには、エネルギーの損失と同時に物体の質量も失う必要がありました。したがって、アインシュタインは、質量とエネルギーの関係を特徴付ける式 E=mc 2 に到達しました。これはおそらく現時点で最も有名な物理式です。この実験の結果は、その年の後半に彼によって出版されました。

基本的な仮説

光速の一定性– 1907 年までに、±30 km/s の精度 (地球の公転速度よりも速い) で測定する実験が実施されましたが、年間の変化は検出されませんでした。これは光速度の不変性の最初の証明であり、その後、地球上の実験者と宇宙の自動装置の両方による他の多くの実験によって確認されました。

相対性原理– この原理は、空間内の任意の点および慣性座標系における物理法則の不変性を決定します。つまり、地球とともに太陽の軌道を秒速約 30 km で移動している場合でも、地球の境界をはるかに超えた宇宙船内で移動している場合でも、物理実験を行うときは常に次の地点に到達します。同じ結果になります（船がこの時間内にある場合は、速度が上がったり遅くなったりしません）。この原理は地球上のすべての実験によって確認されており、アインシュタインはこの原理が宇宙の残りの部分にも当てはまると賢明に考えました。

結果

これら 2 つの公準に基づく計算を通じて、アインシュタインは、船内で移動する観察者の時間は速度が増すにつれて遅くなり、観察者も船とともに移動方向にサイズが縮小するはずであるという結論に達しました。それによって動きの影響を補償し、相対性理論を維持します)。物体の有限速度という条件から、速度を追加するためのルール (ニュートン力学では単純な算術形式を持っていた) は、より複雑なローレンツ変換に置き換えられる必要があることもわかりました。この場合、たとえ 2 つの速度を追加したとしてもです。光速の 99% に達すると、この速度の 99.995% が得られますが、それを超えることはありません。

理論の現状

アインシュタインが特定の理論から一般的なバージョンを形成するのにわずか 11 年しかかからなかったため、SRT を直接確認するための実験は行われませんでした。しかし、この論文が発表されたのと同じ年に、アインシュタインは、他の理論で必要とされていた新しい定数やその他の仮定を導入することなく、水星の近日点の変化を数パーセント以内で説明する計算も発表しました。このプロセスを説明しました。それ以来、一般相対性理論の正しさは 10 -20 の精度で実験的に確認され、それに基づいて多くの発見が行われ、この理論の正しさを明確に証明しています。

開幕戦でのチャンピオンシップ

アインシュタインが特殊相対性理論に関する最初の著作を発表し、その一般版を書き始めたとき、他の科学者はすでにこの理論の基礎となる公式や考え方の重要な部分を発見していました。したがって、一般形式のローレンツ変換は 1900 年 (アインシュタインの 5 年前) にポアンカレによって初めて得られ、これらの変換の近似版を受け取ったヘンドリックローレンツにちなんで命名されたとします。ただし、この役割においてさえ彼はヴァルデマールフォークトよりも先を行っていました。

特殊相対性理論と一般相対性理論

私たちの神学の分析に直接関係する現代物理学の最も重要な側面の 1 つは、時間の概念、つまり時間の起源と、時間の流れの単一の、または一定で不変の尺度が存在しないことです。聖書を解釈する際には年代学が重要であるため、宇宙、その年齢、宇宙で起こるすべてのことについての私たちの認識が相対性理論によってどのように解釈されるかを理解しようとすることは非常に重要です。時間相対性量子光子

世界とその創造に対する私たちの理解にこれほど大きな影響を与える理論を、相対性理論（特殊および一般の両方）として挙げるのは困難です。この理論が出現するまでは、時間は常に絶対的なカテゴリーとして考えられていました。プロセスの開始から完了までに経過した時間は、その期間を誰が測定したかに関係なく考慮されました。 300 年前でさえ、ニュートンはこの信念を非常に雄弁に定式化しました。「絶対的で真の数学的時間は、それ自体、またその性質により、いかなる外部要因からも独立して均一に流れます。」さらに、時間と空間は、互いにいかなる影響も及ぼさない無関係なカテゴリーとして考えられていました。そして実際、空間の 2 点を隔てる距離と時間の経過との間に、距離が遠いほどそれを克服するのにより多くの時間を必要とするという事実以外に、どのような関係が存在し得るでしょうか。シンプルで純粋なロジック。

アインシュタインが特殊相対性理論 (1905 年) とその後の一般相対性理論 (1916 年) で提案した概念は、スイッチを入れたランプの光がそれまで暗くしていた部屋の認識を変えるのと同じように、空間と時間に対する私たちの理解を根本的に変えました。。

アインシュタインの洞察力への長い旅は、ヨハネス・ケプラーが奇妙な現象を発見した 1628 年に始まりました。彼は、彗星の尾が常に太陽と反対の方向を向いていることに気づきました。夜空をなぞる流れ星は、当然のことながらその後ろで尾を輝かせています。同様に、彗星が太陽に近づくと尾が後ろに伸びます。しかし、彗星が太陽を通過し、太陽系の遠方への帰還飛行を開始すると、状況は最も劇的に変化します。彗星の尾は本体の前にあります。この写真は尻尾の概念そのものに決定的に矛盾しています。ケプラーは、彗星の本体に対する尾の位置は太陽光の圧力によって決まると提案しました。尾部は彗星本体よりも密度が低いため、彗星本体よりも太陽放射圧の影響を受けやすくなります。実際、太陽からの放射線が尾に当たり、尾を太陽から遠ざけます。彗星の本体の重力がなければ、尾を構成する小さな粒子は押し流されてしまうだろう。ケプラーの発見は、光などの放射線が機械的 (この場合は反発する) 力を持つ可能性があることを初めて示しました。これは、光に対する私たちの理解における非常に重要な変化でした。なぜなら、常に非物質的なものと考えられてきた光には、重さまたは質量がある可能性があるということになるからです。しかし、光の流れが及ぼす圧力が測定されたのは、わずか 273 年後の 1901 年でした。 E.F. ニコルズと J.F. ハルは、真空中に吊るされたミラーに強力な光線を照射し、光圧によるミラーの変位を測定しました。これは、太陽光によって押しのけられる彗星の尾を実験室で例えたものです。

1864 年、電気と磁気に関するマイケル・ファラデーの発見を調査して、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、光と他のすべての形態の電磁放射が波として同じ一定の速度で空間を移動することを提案しました7。キッチンの電子レンジのマイクロ波、私たちが本を読む光、医師が骨折を観察するためのX線、原子爆発によって放出されるガンマ線はすべて電磁波であり、互いに異なるだけです。波長と周波数で。放射線エネルギーが大きいほど、波長は短くなり、周波数は高くなります。他のすべての点では、それらは同一です。

1900 年にマックスプランクは、それまでのすべての理論とは根本的に異なる電磁放射の理論を提案しました。以前は、熱い金属の赤い輝きなど、加熱された物体が放出するエネルギーは均一かつ連続的に放出されると考えられていました。また、すべての熱が完全に放散され、物体が元の状態に戻るまで、放射プロセスが継続すると想定されました。これは、加熱された金属を室温まで冷却することによって完全に確認されました。しかし、プランクは状況が全く異なることを示した。エネルギーは均一かつ連続的な流れではなく、赤熱した金属が熱を放棄して小さな熱い粒子の流れを吐き出すかのように、離散的に放出されます。

プランクは、これらの粒子が放射線の単一部分を表すという理論を提案しました。彼はそれらを「量子」と呼び、それが量子力学が生まれた方法です。どの放射線も同じ速度（光の速度）で移動するため、量子の移動速度も同じでなければなりません。そして、すべての量子の速度は同じですが、すべてが同じエネルギーを持っているわけではありません。プランクは、個々の量子のエネルギーは、軌道に沿って飛行するときに継続的に収縮と膨張を繰り返す小さなゴムボールのように、空間を移動するときの振動の周波数に比例すると提案しました。可視範囲では、私たちの目は量子の脈動周波数を測定でき、この測定値を色と呼びます。わずかに加熱された物体が赤く輝き始め、その後温度が上昇するにつれて、より高いエネルギーと周波数に対応するスペクトルの他の色を放射し始めるのは、量子化されたエネルギーの放出によるものです。最終的に、その放射はすべての周波数の混合物に変わり、私たちはそれを熱い体の白色として認識します。

そして、ここで私たちは矛盾に遭遇します。光を量子と呼ばれる粒子の流れとして説明する同じ理論が、同時に周波数を使用して光のエネルギーを説明します (図 1 を参照)。しかし、周波数は粒子ではなく波に関連付けられます。さらに、光の速度は常に一定であることがわかっています。しかし、光を発する物体、またはその光を検出する観察者がそれ自体を移動した場合はどうなるでしょうか? 彼らの速度は光速に加算されるのでしょうか、それとも光速から減算されるのでしょうか? 論理的には、確かに加算または減算する必要があることがわかりますが、そうすると光の速度は一定ではなくなります。ニコルズ・ハル実験において光が彗星の尾または鏡に及ぼす圧力は、光が表面に当たる際に光の運動量（運動量とも呼ばれる）に変化が生じることを意味します。動く物体が障害物に圧力をかけるのはこのためです。ホースからの水流がボールを地面に沿って動かします。これは、水には質量があり、水流がボールに当たる瞬間にこの質量の速度がゼロになるためです。この場合、水の勢いがボールに伝わり、ボールは転がっていきます。運動量 (momentum) を物体の質量 (t) または重量とその運動速度 (v) または mv の積として定義すること自体が、動く光が質量を持っていることを必要とします。光が当たる表面には物質の痕跡がまったく残っていないにもかかわらず、どういうわけか、これらの波状の光の粒子には質量があります。表面に光が「当たった」後は、掃除できるほどの「汚れ」は表面には残りません。現在に至るまで、私たちは光とその他の放射線のこの現象を完全に説明する統一理論を作成しようとまだ努力しています。

放射エネルギーの性質の研究と同時に、光の伝播に関する研究も行われました。光や他の形態の電磁放射は、ある意味では波であるため、これらの波が伝播できる何らかの媒体が必要になるのは論理的であるように思えました。真空中では波動が伝わらないと考えられていました。音がその波のようなエネルギーを運ぶために空気などの特定の物質を必要としたのと同じように、光もそれを伝播させるために何らかの特別な物質を必要とするようです。かつて、宇宙は目に見えない無形の媒体で満たされ、それによって宇宙空間を介した放射エネルギー、たとえば太陽から地球への光や熱の伝達が保証されるべきであると提案されました。この媒体はエーテルと呼ばれ、真空の宇宙さえも満たすことができると考えられていました。

エーテルを通る光の伝播に関する仮説により、その速度一定性のパラドックスを説明することが可能になりました。この説明によると、光は光源や観察者に対してではなく、この遍在するエーテルに対して一定の速度で移動しなければなりません。エーテル中を移動する観察者にとって、光の進行方向に対する相対的な移動方向に応じて、光はより速くまたはより遅く移動する可能性がありますが、静止したエーテルと比較すると、光の速度は一定のままでなければなりません。

米。 1.

音の伝播についても同様です。音は、音源が動いているかどうかに関係なく、海抜ゼロメートルの静止空気中を毎秒約 300 メートルの一定の速度で伝わります。飛行機が防音壁を通過するときに発する爆発のような音は、実際には、毎秒 300 メートル以上の速度で飛行機が追い越すときに、飛行機自身の音波が当たった結果です。この場合、音の発生源である飛行機は、飛行機が発する音よりも速く移動しています。光には二重の性質があり、その経路に小さな直径の穴を置くと、光は狭い港の入り口を通過する海の波とまったく同じように動作します。光も海の波も穴を通り抜けて、穴の向こう側に円を描くように広がっていきました。一方、光が金属の表面を照らすと、この表面に衝突する小さな粒子の流れのように振る舞います。小さなペレットが紙のターゲットに当たるとそこから紙の切れ端が引き裂かれるのと同じように、光は金属から電子を一度に 1 つずつ叩き出します。ペレットごとに 1 つの紙切れが発生します。光波のエネルギーはその長さによって決まります。光粒子のエネルギーは、その速度ではなく、光の粒子、つまり光子が光の速度で移動するときに脈動する周波数によって決まります。

科学者たちがまだ発見されていないエーテルの想定される特性について議論したとき、時間の経過が光の動きと関連していると疑う人は誰もいませんでした。しかし、この発見はすぐそこまで来ていました。

1887 年、アルバートマイケルソンとエドワードモーリーは、エーテル理論の結果を実験的に観察する試みの結果を発表しました8。彼らは、光が同じ距離を 2 つの方向 (太陽の周りの地球の軌道に平行な方向と垂直な方向) に往復するのにかかる合計時間を比較しました。地球は太陽の周りを秒速約 30 キロメートルの速度で移動するため、エーテルに対しても同じ速度で移動すると考えられていました。もし光放射が他のすべての波を支配するのと同じ法則に従うなら、エーテルに対する地球の運動は実験で測定された光の移動時間に影響を与えたはずである。この効果は、強風が音を吹き飛ばす効果と何ら変わらないはずです。

誰もが驚いたことに、マイケルソンとモーリーは、この秒速 30 キロメートルの速度の影響を微塵も記録しませんでした。最初の実験とその後の同じ実験の技術的により高度なバージョンでは、地球の運動は光の速度に影響を与えないという全く予想外の結論に至りました。

これにより混乱が生じました。光の速度 (c) は、光源や観測者が移動しているか静止しているかに関係なく、常に 299,792.5 キロメートル/秒です。これに加えて、同じ光線は、観察方法に応じて、波としても粒子としても動作します。それはあたかも私たちが桟橋に立って海から押し寄せる波を眺めているようなものでした。そして突然、瞬きのうちに、いつもの波頭と波の間の溝が、一つ一つの水球の流れに変わってしまうのです。、海面直上の空中で、動き、脈動しています。そして次の瞬間にはボールは消え、再び波が現れます。

1905 年、この混乱のさなか、アルバートアインシュタインが相対性理論を発表して科学界に登場しました。その年、アインシュタインは文字通り、宇宙に対する人類の理解を変える一連の論文を発表しました。 5年前、プランクは光の量子論を提案していた。プランクの理論を使用して、アインシュタインは興味深い現象を説明することができました。一部の金属の表面に光が当たると電子が放出され、電流が発生します。アインシュタインは、この「光電」効果は、光量子（光子）が文字通り電子を原子核の周りの軌道から追い出すことによって生じると仮定しました。光子は運動しているときは質量を持っていますが (光の速度 c で動いていることを思い出してください)、その「静止質量」はゼロであることがわかります。移動する光子は粒子の特性を持っています。常に空間内の特定の点に存在し、質量も持っています。したがって、ケプラーがかつて示唆したように、彗星の尾などの物質に作用することができます。同時に、それは波の性質を持っています - それはそのエネルギーに比例する振動周波数によって特徴付けられます。物質とエネルギーが光子において密接に結びついていることが判明した。アインシュタインはこの関係を発見し、広く知られている方程式で定式化しました。アインシュタインは、この方程式はあらゆる種類の質量とエネルギー形態に当てはまると結論付けました。これらの規定は特殊相対性理論の基礎となりました。

これらのアイデアを認識することはそれほど単純ではなく、かなりの精神的努力を必要とします。たとえば、ある物体を考えてみましょう。静止した物体の質量 (通常「重量」と呼ぶもの) は、科学用語では静止質量と呼ばれます。次に、このオブジェクトを強く押してみましょう。一定の速度で動き始め、その結果、速度が高くなるほど大きな運動エネルギーを獲得します。しかし、E=mc2 の e はあらゆる形態のエネルギーを指すため、物体の総エネルギーは、その静止エネルギー (静止質量に関連する) とその運動エネルギー (その運動のエネルギー) の合計になります。言い換えれば、アインシュタインの方程式では、速度が増加するにつれて物体の質量が実際に増加することが求められます。

したがって、相対性理論によれば、速度が変化すると物体の質量も変化します。低速では、物体の質量は静止質量と実質的に変わりません。だからこそ、私たちの日々の活動において、ニュートンの自然法則の記述が非常に正確であることが判明するのです。しかし、宇宙を疾走する銀河や、加速器内の素粒子の場合は、状況がまったく異なります。どちらの場合も、これらの物体の速度は光速のかなりの部分になる可能性があるため、その質量の変化は非常に大きくなる可能性があります。

質量とエネルギーの間のこの相互作用については、スティーブン・ワインバーグの著書「最初の 3 分間」とナフマニデスの創世記解説の両方によって非常に雄弁に論じられています。二人とも、宇宙の生命の最初の数分間を説明する際に、質量とエネルギーの二元論について話します。

特殊相対性理論は、相対性原理と光速度の不変性という 2 つの公準に基づいています。 300 年前にガリレオ・ガリレイによって仮定された相対性原理は、アインシュタインによって洗練されました。この原理は、すべての物理法則 (自然法則にほかなりません) が、加速なしで運動するすべての系において等しく、つまり均一かつ直線的に作用することを示しています。物理学者の言葉では、このようなシステムは慣性座標系と呼ばれます。

基準フレームは、観察者と外界との関係を決定します。相対性原理は、慣性座標系内にあるため、物理法則を使用してシステム自体が動いているかどうかを判断することはできないことを示しています。その動きはシステム内で行われる測定結果にまったく影響を与えないからです。。穏やかな天候で一定の速度で飛行しても動きを感じないのはこのためです。しかし、ロッキングチェアに揺られていると、私たちは非慣性の基準枠内にいることに気づきます。ロッキングチェアの動く速度や方向は常に変化するので、私たちは自分の動きを感じることができます。

私たちは皆、絶対運動の測定が不可能である例に遭遇したことがあります。たとえば、私たちが信号の前に立っていると、前の車がゆっくりと後退し始めます。それとも前進しているのでしょうか？最初は誰が動いているのかを理解するのは困難です。私たちの列車はゆっくりとスムーズにプラットホームに沿って動き始めます。眠りから目覚めると、隣の線路に止まっていた電車がゆっくりと後退し始めていることに気づきました。あるいは、少なくとも私たちにはこれが事実であるように思えます。私たちの基準フレーム、つまり車や電車が加速して動き始めるまで（慣性フレームでなくなるまで）、何が動いていて何が静止しているのかは不明です。

ここには矛盾があるように思えるかもしれません。アインシュタインは、物体の質量はその速度の関数であると教えましたが、現在では、物体の影響下で質量がどのように変化するかを測定することによって運動を決定することはできないと主張しています。しかし、ここには非常に微妙な違いがあります。慣性基準系内では、すべての量は変化しません。最初の基準系に対して相対的に移動する別の基準系から測定されると、サイズと質量の値が変化します。もし宇宙のすべての部分が等しく均一に動いているとしたら、相対性理論は私たちの研究のテーマとは何の関係もないでしょう。しかしそうではありません。私たちが取り組む宇宙論の聖書的分析において重要な役割を果たすのは、異なる基準枠から同じ出来事を観察する能力です。

特殊相対性理論の基礎の 2 番目の要素を理解するのはさらに困難です。彼は極度に理解不能であるとさえ言えるかもしれない。彼は、光の速度 c は一定量 (真空中では c = 2.997925 x 108 メートル/秒 - 常に) であり、すべての基準系で同じであると述べています。この事実はマイケルソン・モーリー実験の結果から明らかになりました。この発言の意味を考えてみると、その大胆さが理解できるでしょう。アインシュタインは、観測者の移動速度が光源に近づいたり遠ざかったりしても、光の速度は同じ c に等しいと自ら宣言しました。他の形式の運動 (音波など) にはこの特性はありません。これは非常に非論理的であるように思えます。

投手が時速 90 マイルで捕手にボールを投げると、捕手はボールが時速 90 マイルで自分に向かってくるのが見えます。さて、すべてのルールに反して、キャッチャーが時速 20 マイルでピッチャーに向かって走る場合、キャッチャーに対するボールの速度は時速 110 マイル (90 + 20) になります。投手に対するボールの速度は以前と同じ時速 90 マイルになります。今度は、投手はボールを投げる代わりに、捕手にボールの写真を見せます。キャッチャーに向かって光の速さ(c)、つまり秒速約3億メートルで移動します。俊足の捕手は、今度は光速の10分の1、つまり秒速3000万メートルの速度で投手に向かって突進する。そして、我々の捕手は何を目にするのでしょうか？ボールが秒速3億3000万メートルで近づいてくるイメージでしょうか？いいえ！これはまさに光のパラドックスです。混乱を引き起こし、迷惑で、時には激怒させることさえありますが、同時に私たちを解放します。

キャッチャーは、ボールに向かって走っているにもかかわらず、まさに光の速さである秒速 3 億メートルでボールが近づいてくるイメージを認識し、それによって自分の速度が光の速さに加わります。光は、光源に対する観察者の移動速度に関係なく、常に速度 c で移動します。いつも。そして、動かずに立っている投手は、ボールのイメージの移動速度をどのくらい記録しますか? そうなんです、Sさんも。二人の観察者、一人は移動し、もう一人は静止している場合、どのようにして同じ光速度を記録するのでしょうか? 論理と常識では、これは不可能です。しかし、相対性理論は、これが現実であると言います。そして、この現実はマイケルソン・モーリー実験で確認されました。

質量、空間、時間の変化という事実は、それがどれほど理解できないように見えても、相対論力学と私たちが住んでいる宇宙の基本法則であるため、両方の観測者は同じ光速度を記録します。これらの変化を管理する法則は、特定のシステム内で不条理に見えるようなことは何も起こらないようになっています。その中にいる人は変化に気づきません。しかし、私たちの前を通過する別のシステムを観察すると、移動方向に沿った物体の寸法が、静止しているときの物体の同じ寸法に比べて減少することがわかります。さらに、静止しているとき、動いているときに正確な時刻を示していた時計は、私たちの基準枠内で「静止している」時計よりも遅れ始めます。

光速度の不変性と相対性原理の組み合わせは、必然的に時間の延長を伴います。時間の遅れは、アインシュタインが相対性理論の基本原理を開発したときに使用したのと同様の思考実験を使用して実証できます。このような思考実験の例は、Taylor と Wheeler の古典的な著書「空間と時間の物理学」0 で示されています。

2 つの参照系を考えてみましょう。1 つは静止しており、もう 1 つは移動しています。定常システムは、通常の物理実験室です。 2 番目のシステムは、完全に透明で透過性のある高速で移動するロケットで、その中には完全に透明で透過性の科学者からなる乗組員がいます。ロケットは、その完全な透明性と透過性により、ロケットやその内容物と何の相互作用もすることなく、私たちの研究室を通過することができます。実験室では、点A（図2）から閃光が発生し、点Mにある鏡に向かって斜めに進みます。鏡から反射した光も斜めに通過して点Bに到達します。実験室への距離は、ロケットの引火点 A が実験室の点 A と一致するように決定されます。ロケットの速度は、閃光が点 B に到達するまさにその瞬間に、ロケットの点 A が実験室の点 B と一致するような速度であるとします。ロケット内の観測者には、光が点 A から送られているように見えるでしょう。ロケットに乗っている人は直接点 B M を通過し、ロケットの点 A に戻ります。ロケットの速度は一定なので (慣性系です)、ロケットに乗っている人はロケットが動いていることに気づきません。

ロケットの乗客が知覚する光の移動距離は 2y (点 A から点 M へ、そしてその逆) です。実験室にいる人に見える同じ光の経路は、三角形の 2 つの辺の合計、つまり点 A から点 M と点 M から点 B の合計です。明らかに、この経路は、実験室にいる人に見える経路よりも大きくなければなりません。ロケットの乗客たち。ピタゴラスの定理を使用すると、それらの差を正確に計算できます。したがって、ロケットから観察される光の経路は、実験室から観察される光の経路よりも短いと結論付けられます。

米。 2.

両方の系の光の速度は同じであることを思い出してください。これは相対性理論のしっかりと確立された基本原理の 1 つです。また、すべての場合において、移動に費やされる時間は、移動距離を移動速度で割ったものに等しいことも知られています。 100マイルを時速50マイルで移動するのに必要な時間は2時間です。実験室にいる科学者とロケット内で移動している科学者の両方の光の速度は同じ c に等しく、実験室での光の移動距離はロケット内での光の移動距離よりも長いため、次の時間間隔はフラッシュでは、ロケットよりも研究室の方が点 A に多くの光があり、点 B に光が到達するはずです。

発生したイベントは 1 つだけです。光のフラッシュは 1 つだけで、2 つの基準フレームで観察された光は 1 回の旅を完了しました。ただし、このイベントの持続時間は、2 つの異なる基準フレームで測定すると異なりました。

この測定された時間の違いは相対論的時間の遅れと呼ばれ、創造の 6 日間と 150 億年の宇宙論を説得力を持って一致させるのはこの遅れです。

一般相対性理論の基礎となる概念は、特殊相対性理論のアイデアを発展させたものですが、より複雑です。特殊相対性理論は慣性系を扱いますが、一般相対性理論は慣性系と非慣性（加速）系の両方を扱います。非慣性システムでは、重力などの外力が物体の動きに影響を与えます。重力の特別な相対論的性質は、私たちが研究している問題に直接関係していますが、重力は速度と同様に時間の遅れを引き起こすということです。月の同じ時計は、月の重力が弱いため、地球よりも速く進みます。これから見るように、重力は創造とビッグバンを調和させる上で重要な役割を果たします。

重力は、加速を引き起こす力とまったく同じように感じられます。たとえば、エレベーターの上昇中に、私たちは床が足を押す力を感じます。彼女は実際に私たちをエレベーターと一緒に押し上げてくれます。これは、何らかの理由で地球の引力が突然増加した場合に、静止したエレベーターに立っているときに感じるであろう力として認識されます。アインシュタインは、重力は運動に変化を引き起こす他の力と同じように認識されるため、同じ結果が生じるはずだと推論しました。加速力は運動の変化と時間の遅れを引き起こすため、重力の変化も時間の遅れを引き起こすはずです。

相対性理論の時間の遅れの側面は、宇宙暦と聖書の暦を統一する問題にとって非常に重要であるため、時間の遅れが実際に存在することを示すことは非常に重要です。結局のところ、相対論的な変化は、運動の相対速度が光速に近づいた場合にのみ顕著になります。光速の 10 分の 1 である秒速 3,000 万メートルでも、時間の遅れは 1% 未満です。

光の速度に近い速度は日常生活ではまれですが、宇宙論や高エネルギー物理学ではよく見られます。ただし、時間の遅れを測定することが実際に可能であるからといって、そのアイデア自体がより理解しやすくなるわけではないことに注意する必要があります。それにもかかわらず、これにより、それを純粋に理論的な概念のカテゴリーから経験的事実の領域に移すことができます。高エネルギー物理学研究所での実験から民間航空会社の定期便に至るまで、かなり広範囲にわたる人間の活動によって、時間の遅れを実証することができます。

物理学研究室の実験中に発生する多くの素粒子の 1 つがミュー中間子です。半減期は 1.5 マイクロ秒です。しかし、ミュー中間子は、高エネルギー物理学実験室だけでなく、宇宙線が大気ガス原子の核と衝突するときに、地球の大気の上層にも現れます。宇宙放射線のエネルギーは非常に高いため、ミュー中間子は生成の瞬間に光速とほぼ同じ速度を獲得します。このような高速度では時間の遅れが発生しますが、これを測定することができます。ミュー中間子が光速に近い速度で移動する場合でも、ミュー中間子が発生する大気の層から地表までの 60 キロメートルを移動するのに 200 マイクロ秒かかります。ミュー中間子の半減期は 1.5 マイクロ秒であるため、200 マイクロ秒の通過時間はその半減期の 133 をカバーします。このような半周期ごとに、残りの粒子の半分が崩壊することを思い出してください。 133 の半周期の後、生き残って地球の表面に到達するはずのミュー中間子の割合は、「/2 x 1/2 x 」/2 などに 133 回、つまり 100 万分の 1 になります。地球の表面への旅を始めたミュー中間子の数の10億分の1。この数は非常に小さいため、地球に到達するミュー中間子はほとんど存在しないはずです。大半は途中でバラバラになってしまいます。しかし、大気の上層で生成されたミュー中間子の数と地表に到達したミュー中間子の数を比較すると、驚くべきことに「最初の数の8分の1が無事に目的地に到着した」ということがわかります。 1/8 ミュオンの「生存」とは、60 km の旅の間に 3 つの半周期だけが完了することを意味します。したがって、光速に近い速度で移動するミュー中間子の場合、経過 (相対論的) 時間はわずか 3 半周期です - 4.5 マイクロ秒 (3 x 1.5 マイクロ秒) 地球の表面にいる観測者の場合、少なくとも 200 マイクロ秒が経過します。これは、大気上層から地表まで 60 キロメートル移動するのに必要な最小時間であり、同じ 1 つのイベントが 2 つの異なるイベントで発生します。時間間隔 - 急速に移動するミュー中間子の基準フレームでは 4.5 マイクロ秒、地表に立っている観測者の基準フレームでは 200 マイクロ秒。私たちが単一のイベントについて話していることをもう一度思い出してください。しかし、観察者と観察される物体は互いに相対的に移動しているという事実により、この 1 つのイベントには 2 つの異なる時間が存在します。そして、それらは両方とも完全に真実です！

しかし、ミュー中間子は非常にエキゾチックな粒子であり、懐疑論者は笑いながら信じられないというように首を振るかもしれません。結局のところ、観測者はミューオンと一緒に旅行することはできません。私たちは、時計と一緒に動く時計として、その半減期のみを頼りにしています。

本物の時計と、それと一緒に動き、最も直接的な方法で時間の広がりを測定する人はどうなるでしょうか? このほうが明らかに説得力があるように見えます。そしてこれはまさに、ワシントン大学と米国海軍研究所のハーフェレ氏とキーティング氏12が権威ある雑誌『サイエンス』で報告したことだ。彼らは、TWAとパンナムが所有し、世界中で定期商業飛行を行っているボーイング707とコンコルド航空機に4セットのセシウム時計を送りました。これらの時計が選ばれたのは、非常に正確であるためです。

地球は西から東へ自転します。北極の上にあるときに宇宙から地球を見ると、東に飛行するときに航空機の速度が地球の速度に追加されることがわかります。相対性理論によって予測されたように、飛行機に搭載された時計は、ワシントン D.C. にある米国海軍研究所にある同じ時計よりも遅れていました (この実験で使用された時計はすべて研究所から提供されました)。西に飛行するとき、飛行機の速度は地球の自転の速度から差し引かれ、相対性理論と完全に一致して、この飛行機に搭載されている時計は進みます。ヘフェレとキーティングによれば、「科学においては、関連する経験的事実の方が理論的議論よりも強力です。これらの結果は、有名な時計のパラドックスに対する明確な経験的解決策を提供します。」

時間の知覚だけでなく、実際の時間の経過も観察者の相対的な動きによって変化します。与えられた基準枠内では、すべてがまったく正常に見えます。しかし、2 つのシステムを最初に分離し、その後再接続して時計の読み取り値を比較すると、それらの時間の経過が異なることが判明します (実際の「経年変化」)。

ヘフェレ・キーティングの時間遅延実験の特に興味深い点は、特殊相対性理論と一般相対性理論の両方をテストしたことです。一般相対性理論によれば、重力の強さの違いは、特殊相対性理論で仮定されているように、相対速度の違いと同じように持続時間に影響を与えます。あらゆる物体に対する重力場の影響は、物体間の距離の二乗に反比例します。距離が 2 倍になると、重力は 4 分の 1 に減少します。物体が地球から遠ざかるほど、その物体に対する地球の引力は弱くなります。飛行中の飛行機は地表より高いところにあるため（ボーイング 707 の通常の飛行高度は 10 km、コンコルドは 20 km）、飛行機に搭載されている時計に対する地球の重力の影響は、飛行機に搭載されている時計に対する地球の重力の影響とは異なりました。海軍の研究所で地球の表面にあった時計。実験で記録された時計の時間の変化は、一般相対性理論（運動と重力の両方の影響を考慮する）の予測と一致しました。

この実験は、他の同様の実験と同様に、アインシュタインの特殊相対性理論と一般相対性理論が宇宙の実際の特徴を正確に記述していることを証明しました。相対性理論はもはや純粋理論ではありません。相対性理論は実証され、経験的に証明された事実です。つまり、相対性理論は相対性の法則になったのです。

そして今、宇宙を説明する自然科学の一つによって実証されたこの法則に基づいて、創造の最初の6日間、つまり自然科学と神学が一見すると互いに矛盾する期間について議論し続けることができます。

私たちが「始まり」と呼ぶその瞬間から起こった、創造主、宇宙、人間の関係の変化を考えてみましょう。同時に、時間の経過の違いは、2 つの異なる基準系からの同じイベントの観測を比較する場合にのみ記録できるということを一瞬でも忘れてはなりません。しかし、これだけでは十分ではありません。これら 2 つの基準系の重力が互いに大きく異なるか、またはそれらの移動の相対速度が秒速 3 億メートル、つまり光の速度に近づくかのいずれかであることも必要です。各系の内部では、その相対速度やその中で働く重力に関係なく、すべてがニュートンの法則に従って起こります。つまり、私たちが高速宇宙で駆け抜けているにもかかわらず、ここ地球とまったく同じように、すべてが正常で論理的に見えます。

創造主は宇宙の創造に一定の関心を持っていましたし、今でも関心を持っています。宇宙が存在するという事実に基づいて、これを推測できます。ただし、この関心が何であるかはわかりません。しかし、創造者と宇宙の創造と存在の全期間にわたる相互作用を分析することで、このことのヒントをいくつか見つけることができます。伝統的な神学では、創造主が宇宙を一気に創造したいと望んでいたなら、そうしただろうと考えられています。しかし、聖書の記述から、彼の計画は一度の行為によって完全に形成された宇宙を創造することではないことは明らかです。何らかの理由で、段階的に開発する方法が選択されました。そして、本「創世記」の最初の 2 章は、宇宙の段階ごとの形成の説明に正確に当てられています。

もし私たちが、今日の宇宙がそれに従って活動している規則に従って行動するのであれば、そしてこれらの規則は私たちが知っている物理法則です。そして、ビッグバンの瞬間に存在していた主要な物質から宇宙が徐々に発展していくことが、その出現には絶対に必要でした。人間の。しかし、地球自体とその上に存在するすべてのものは、ビッグバンの直接の産物ではありません。私たちは、地球の初めには形がなく空だった、またはヘブライ語でゴフとボフであったと非常に明確に語られています。主要な核素粒子物理学者は現在、T と B (トーフとボフ) を、すべての物質が構築される 2 つの元の「レンガ」と呼んでいます。ビッグバンの力により、これらの GiB は文字通り圧縮されて水素とヘリウムになりました。その瞬間、他の元素はほとんど形成されませんでした。そして、宇宙の錬金術だけが、その後、これらの原始的な水素とヘリウムから他のすべての元素を創造しました。

地球と太陽系全体は、星の深さで無数の超圧縮サイクルを経て私たちに到達した物質の寄せ集めです。この圧力により水素とヘリウムが非常に強く圧縮されたため、それらの原子核が再び結合して分離し、炭素 (まさに生命の物質)、鉄、ウラン、および宇宙を構成する他の 89 個の元素などのより重い元素が形成されました。その後、星は爆発して新しく形成された元素を宇宙に吐き出し、宇宙はそれらを貪欲に吸収し、それらを使って他の星を生み出しました。星の誕生とその死は、ビッグバン後の最初の瞬間に形成された水素とヘリウムを、私たちがよく知っている形で生命を生み出すのに必要な元素に最終的に変えるために必要でした。マイモニデスやラシなどの注釈者は、聖書の解釈の中で、神は地球上に生命を創造する過程で多くの世界を創造し、破壊したと説明した。しかし、ここで私はマイモニデスに頼っていません。私は上記の情報を天体物理学者のウースリーとフィリップスから入手しました。

では、アダムが現れるまでの 6 日間にやるべきことがすべてあるとしたら、世界の形成と破壊のサイクルをすべてその期間に押し込むにはどうすればよいでしょうか? 私たちが信頼している聖書の注釈者は、天地創造の最初の6日間はそれぞれ24時間の6日間であると明確に述べています。これは、時間を記録している人は、同じ 1 日 24 時間の経過を記録しなければならないことを意味します。しかし、その時に誰が時間の経過を測ることができるでしょうか？ 6日後にアダムが現れるその瞬間まで、主なる神だけが時計を知ることができました。それが要点です。

私たちの宇宙が創造されたとき、人間が出現するその瞬間まで、神は地球と密接なつながりを持っていませんでした。創造の6日間のうち最初の1日か2日は、地球はまだ存在していませんでした。創世記 1 章 1 節には、「初めに神が天と地を創造した」と記されていますが、次の節では、地球は空で形がなかったと述べられています。創世記の最初の節は実際、非常に一般的な記述であり、最初に主要な物質が創造され、そこから次の6日間で天と地が形成されることを意味しています。以下の『出エジプト記』の 31 章 17 節には、これがより明確に語られています。「…主は六日で天と地を創造された…」。この6日間、天と地は何で「できていた」のでしょうか? その6日間の「始まり」に生み出された物質から。初期の宇宙には地球は存在せず、基準系の密接なつながりや相互浸透の可能性もなかったため、神と地球に共通の暦は存在しませんでした。

相対性理論は、宇宙のすべての部分、または少なくとも人類の出現に役割を果たした限られた数の部分にとって公平となる暦を神が選ぶことさえ不可能であることを教えています。相対性の法則は、宇宙の創造時に確立された基本的な法則の 1 つであり、創造主と、最終的に人類と地球となった物質全体の各部分にとっての共通の参照枠の存在を不可能にします。それが住む地球。

相対性の法則によれば、膨張する宇宙では、宇宙の一部における特定の一連の出来事をカバーする時間を、同じ出来事の時間と等しくなるように記述することは不可能であることがわかっています。宇宙の別の部分から観測されました。異なる銀河、さらには同じ銀河内の星の動きや重力の違いにより、絶対時間が純粋に局所的な現象に変わります。時間の流れは宇宙のさまざまな場所で異なります。

聖書は、人類の人生と時間の旅を説明するガイドブックです。宇宙の物理的な驚異に対する認識を人間に植え付けるために、このガイドには、空で形のない宇宙から人類が存在できる家に至るまでのプロセスの説明が含まれています。しかし、時間の速度に直接影響を与える要因が多すぎるため、このプロセスを説明するために単一の時間枠を選択することはほとんど不可能です。これらの要因には、多くの星における重力が含まれます。その深部では原始の水素とヘリウムが生命の基礎となる元素に変化します。また、星雲内で移動する過程で凝縮し、星や超新星になる銀河間ガスの移動も含まれます。爆発は、天の川と地球の質量を構成する星の死とその後の再生を示します。アインシュタインの洞察力が見つかるまで、時間の経過は人生の一側面であり、私たちは不変のものだと誤って考えていました。私たちを構成するすべての宇宙物質の年齢を、何世紀にもわたって同じ時計で測定することは非現実的であり、まったく不可能です。

ビッグバンの物質から現在の状態に至るまでの物質の旅は、同じ時計で計測するにはその中の時間の経過があまりにも複雑で多様性に富んでいました。一体どれだけの銀河が、あるいはどの超新星が最終的に私たちの肉体を構成する元素を生み出したのか、今誰が言えるでしょうか？私たち人間、そして太陽や惑星を含む太陽系のすべてのものは、遠い昔に消滅した星の破片です。私たちは文字通り、星くずでできています。この時制は炭素、窒素、酸素のどの原子を指しますか? あなた自身の原子に、それとも隣人の原子に？皮膚の粒子の一部なのか、それとも血液の一滴なのか？おそらくそれらのそれぞれは異なる星の深さで始まったので、それぞれに独自の年齢があります。地球の形成前に起こった宇宙物質の変化は、無数の星で同時に、そして順番に起こりました。各星、各超新星には独自の重力と独自の移動速度があり、したがって独自の時空基準枠が存在します。

何十億もの宇宙時計が、それぞれ独自の、局所的に正しいペースで時を刻み続けています（そして今も時を刻み続けています）。それらはすべて、ある瞬間、つまりビッグバンの瞬間から時を刻み始め、すべて同時にアダムが現れた時代に到達しました。しかし、「始まり」からこれらの物質の各粒子が人類の創造に貢献した瞬間までに経過した絶対的な局所時間は、星ごと、粒子ごとに大きく異なりました。物質の変化は同時に始まり、同時に終わりましたが、アインシュタインの理論によれば、特定の物質粒子の年齢は、最終的に結合して太陽系を形成した他の物質粒子の年齢とは非常に大きく異なります。それから人間性。私たちの推論は、たとえば、宇宙放射線の影響下で高層大気中で形成されたミュー中間子が地表に到達するまでに通過する 4.5 マイクロ秒のうちの 200 マイクロ秒を検出するのと同じくらい洗練されています。 4.5 マイクロ秒で、200 マイクロ秒が経過します。この証明された事実は、高速ロケットに乗っている科学者と静止した実験室にいる科学者が同じ出来事について 2 つの異なる期間を記録するアインシュタインの思考実験を通じてよりよく理解できます。この状況は故W.K.の声明とは何の関係もありません。フィールズ氏は、ある長い夜の間に丸一週間フィラデルフィアに住んでいたと語った[15]。彼の発言は感情の領域に関するものです。私たちの場合、物理的な事実を扱っています。私たちが10億年について話すとき、それを10億年として経験するという意味ではありません。本当に10億年が経ちました！もしその同じ 6 日間の間に、現在地球が占めている宇宙のその部分に時計があったとしても、それは必ずしも 150 億年を記録するとは限りません。初期の宇宙では、この場所の時空の曲がりは現在とはまったく異なっていた可能性があります。

宇宙の一貫した発展を記述するためには、ある種の妥協点を見つける必要がありました。そのような妥協案として、創造主はアダムの出現に先立って、宇宙全体を単一の全体として認識する独自の基準枠を選択しました。

アダムの創造は、宇宙の創造に伴う他のすべての出来事とは質的に異なっていました。それは、神と宇宙との関係に根本的な変化が起こることを示していました。私たちは、有機物も無機物も、生物も無生物も含めて、宇宙のすべての物体は物質で構成されており、その起源は原初の創造物にまで遡ることができます。この意味では、人類も例外ではありません。私たちの起源の物質源は「地球の塵」であることが明確に説明されました。人間 (創世記 2:7) を含むすべての生き物 (創世記 1:30) には、生きた魂 (ヘブライ語でネフェシュ) が与えられました。しかし、アダムだけが全宇宙に特有の新しいもの、つまり神の生きた息を与えられました（創世記２：７）。

そして、神がアダムに命の息（ヘブライ語でネシャマ）を吹き込んだこの瞬間、創造主とその被造物は互いに分かちがたく結びついたのです。この瞬間、考えられる何十億時間の中から、取り返しのつかない時間だけが選ばれ、今後はその時間によって将来のすべての出来事の経過が測られなければなりませんでした。

相対論的物理学者の専門用語では、アダムが出現した瞬間に、人間の居住地となった宇宙のその部分は、その創造者と同じ時空基準枠内で機能し始めた。この時点から、聖書の年代順と地球上の時間の流れが統一され、神と人間の間の一般的な時空関係が固定されました。

この新しいつながりの結果は、聖書の本文を一目見ただけで明らかです。聖書がアダムの創造後に起こった出来事に言及している日付と、同じ出来事の年表の対応する考古学的推定との間には類似性があります。聖書の暦の青銅器時代と考古学の青銅器時代は確かに一致します。聖書によれば、ハツォルは 3,300 年前にヨシュアによって滅ぼされました。詳細な調査の結果、考古学はこの出来事を同じ時期に遡ることが判明した。アダムの創造から始まる聖書の暦の部分は、私たちの目には非常に論理的であるように見えます。死海文書の発見は、聖書が現代の考古学的発見によって確認される何千年も前の出来事を正確に記述していることを証明しています。もし私たちが相対性の法則を知らず、アダムの後の時代に地球上で起こった出来事を宇宙の別の時点から年代付けしようとしたとしたら、私たちは今、なぜ私たちの認識において過去の時間が記録されているものと異なるのか疑問に思うでしょう。地球上の時計によって。

私たちの宇宙が誕生してから最初の 6 日間、永遠の時計は 144 時間を計測しました。現在では、この期間が宇宙の別の部分で測定された同じ期間と必ずしも一致しないことがわかっています。この宇宙の住人として、私たちはローカルな基準枠内にある時計の助けを借りて時間の経過を評価します。このような時計には、放射性年代測定、地質学的データ、膨張する宇宙の速度と距離の測定が含まれます。人類はこれらの時計とともに時間と空間を旅します。

聖書が創造後の最初の6日間に私たちの宇宙が日々どのように発展していくかを説明しているとき、それは実際にはそれぞれ24時間の6日間について話しているのです。しかし、これらの日数が計算された基準枠には宇宙全体が含まれていました。この創造の最初の一週間は決して、子供の好奇心を満たすために作られたおとぎ話ではなく、後で大人の知恵の出現によって不要なものとして切り捨てられるものではありません。それどころか、そこには人類が今になってようやく理解し始めた出来事のヒントが含まれています。

聖書の賢人たちは、天地創造の最初の6日間の出来事についての私たちの理解は、アダムの出現後の時代の自然についての私たちの理解とは一致しないだろうと、長い間警告してきました。彼らは、十戒に含まれる安息日の休みの記述からこのことを理解しました。出エジプト記 20:11 の本文とゼカリヤ書 5:11 およびサムエル第二 21:10 の本文を比較すると、両方の本文で休息という同じ言葉が使われていますが、色合いが異なることがわかります。そこでの言葉の使われ方から、神は実際には最初の安息日に「休んだ」わけではないと結論付けることができます。むしろ、創造主は最初の6日間に創造された宇宙を調査するために仕事を一時停止しました。マイモニデスによれば、この中断に対する私たちの認識は、この最初の安息日から始まって、時間の経過を含む自然法則は常に「通常の」方法で機能するということです。対照的に、最初の 6 日間に起こった出来事の経過は、あたかも自然と時間の法則に違反したかのように、非論理的に見える可能性があります。ご覧のとおり、初期宇宙の聖書的描写と科学的描写は互いに矛盾するものとして私たちが認識するであろうという賢者たちの予測は、実際に実現しました。

最初の土曜日は、アダムの創造から始まるカレンダーの始まりを示します。そして、それはまさにカレンダーのこの部分であり、私たちの論理に基づいた現実認識に対応しています。時間の相対性、アインシュタインの相対性の法則という驚くべき事実のおかげで、聖書の暦はこの 6 日間正確です。創造の行為に対する私たちの信仰を試すため、あるいは私たちの好奇心を満足させるために、創造主が発見された場所に意図的に化石発見物を置いたと言って、化石発見物の発見を説明する必要はなくなりました。岩石、隕石、化石の放射性崩壊の速度は時間の経過を正確に反映していますが、この時間の経過は地球上の基準枠内にある時計によって測定され続けています。これらの時計によって記録された時間は、相対的にのみ、つまり局所的にのみ正確であり、現在も正確であり続けています。他の基準系にある他の時計は、地球上で発生した出来事を、異なる、しかし同じ時点の正確さによるものであると考えています。そして、宇宙が自然法則に従う限り、それは常にそうです。

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相対性理論は、20 世紀初頭にアルバートアインシュタインによって導入されました。その本質とは何でしょうか？要点を考慮して TOE を明確な言葉で説明しましょう。

相対性理論は、20世紀の物理学の矛盾と矛盾を実質的に排除し、時空の構造の考え方に根本的な変化を強い、そして多くの実験と研究で実験的に確認されました。

このように、TOE は現代のすべての基本的な物理理論の基礎を形成しました。実際、これは現代物理学の母です。

まず、相対性理論には 2 つあることに注意してください。

特殊相対性理論 (STR) – 均一に移動する物体の物理プロセスを考慮します。
一般相対性理論 (GTR) - 加速する物体を記述し、重力や存在などの現象の起源を説明します。

STR が以前に登場し、本質的に GTR の一部であることは明らかです。まずは彼女について話しましょう。

STOを簡単に言うと

この理論は相対性理論に基づいており、これによれば、静止している物体と一定の速度で移動する物体に関しては、自然法則はすべて同じです。そして、このような一見単純な考えから、光の速度（真空中では 300,000 m/s）はすべての物体で同じであることがわかります。

たとえば、遠い未来から高速で飛行できる宇宙船が与えられたと想像してください。船首にはレーザー砲が設置されており、前方に光子を発射することができる。

船と比較すると、そのような粒子は光の速度で飛行しますが、静止した観測者と比較すると、両方の速度が合計されるため、より速く飛行するはずであるように見えます。

しかし、実際にはそんなことは起こりません！外部の観測者は、あたかも宇宙船の速度が加わっていないかのように、光子が 300,000 m/s で移動しているのを観察します。

覚えておく必要があるのは、どの物体に対しても、どんなに速く動いても、光の速度は一定の値であるということです。

これから、時間の遅延、縦方向の収縮、体重の速度への依存性などの驚くべき結論が得られます。特殊相対性理論の最も興味深い結果について詳しくは、以下のリンクの記事をご覧ください。

一般相対性理論(GR)の本質

これをよりよく理解するには、2 つの事実を再度組み合わせる必要があります。

私たちは四次元空間に住んでいます

空間と時間は、「時空連続体」と呼ばれる同じ実体の現れです。これは、座標軸 x、y、z、t を持つ 4 次元の時空です。

私たち人間は4次元を平等に認識することができません。本質的に、私たちは実際の 4 次元の物体が空間と時間に投影されたものを見ているだけです。

興味深いことに、相対性理論では、物体が動くと変化するとは述べられていません。 4 次元のオブジェクトは常に変化しませんが、相対的な移動により投影が変化することがあります。そして私たちはこれを時間の減速、サイズの縮小などとして認識します。

すべての物体は一定の速度で落下し、加速しません

恐ろしい思考実験をしてみましょう。あなたが閉じられたエレベーターに乗っていて、無重力状態にあると想像してください。

この状況は 2 つの理由でのみ発生します。1 つは宇宙にいるか、地球の重力の影響でキャビンごと自由落下しているかのどちらかです。

ブースの外を見ないと、これら 2 つのケースを区別することはまったく不可能です。ある場合には均一に飛行し、別の場合には加速して飛行するというだけです。推測する必要があります。

おそらくアルバート・アインシュタイン自身が想像上のエレベーターについて考えていたとき、彼は 1 つの驚くべき考えを持っていました。これら 2 つの場合を区別できない場合、重力による落下もまた均一な動きであるということです。 4 次元時空では動きは単純に均一ですが、（たとえば）巨大な物体の存在下では動きは湾曲し、均一な動きは加速された動きの形で通常の 3 次元空間に投影されます。

完全に正しいわけではありませんが、2 次元空間の曲率の別の単純な例を見てみましょう。

巨大な天体があれば、その下にある種の形状の漏斗が形成されると想像できます。そうなると、通り過ぎていく他の天体は直線運動を続けることができなくなり、湾曲した空間の曲がりに応じて軌道を変えることになります。

ちなみに、体にエネルギーがあまりない場合、その動きは閉じていることが判明する可能性があります。

移動する物体の観点から見ると、回転させるものは何も感じないため、直線的に移動し続けることに注意してください。彼らは曲がった空間にたどり着き、気づかないうちに非直線的な軌道をたどることになります。

時間を含めて 4 つの次元が歪んでいるため、このアナロジーは注意して扱う必要があることに注意してください。

したがって、一般相対性理論では、重力はまったく力ではなく、時空の湾曲の結果にすぎません。現時点では、この理論は重力の起源の実用版であり、実験とよく一致しています。

一般相対性理論の驚くべき結果

巨大な天体の近くを飛行すると、光線が曲がることがあります。実際、宇宙では他の物体の背後に「隠れている」遠方の物体が発見されていますが、光線はそれらの周りで曲がり、そのおかげで光は私たちに届きます。

一般相対性理論によれば、重力が強いほど時間の経過は遅くなります。 GPS と GLONASS を運用する際には、この事実を考慮する必要があります。GPS と GLONASS の衛星には、地球上よりもわずかに速く刻む最も正確な原子時計が装備されているためです。この事実を考慮しない場合、1 日以内に座標誤差は 10 km になります。

アルバートアインシュタインのおかげで、近くの図書館や店の場所がわかるようになりました。

そして最後に、一般相対性理論は、重力が非常に強いため、時間が近くで止まってしまうブラックホールの存在を予測しています。したがって、ブラックホールに落ちた光はそこから出る（反射する）ことができません。

ブラックホールの中心では、巨大な重力圧縮により、無限に高密度の物体が形成されますが、これは存在できないようです。

したがって、一般相対性理論は、とは対照的に、非常に矛盾した結論につながる可能性があり、それが、大多数の物理学者がそれを完全には受け入れず、代替案を探し続けた理由です。

しかし、彼女は多くのことをうまく予測することに成功しました。たとえば、最近のセンセーショナルな発見は相対性理論を裏付け、舌を伸ばした偉大な科学者を再び思い出させました。科学が好きなら、ウィキサイエンスを読んでください。

一般相対性理論と特殊相対性理論。 特殊相対性理論