人気記事はこちら!











 

 どうも、てけてけです。

 

 今日のトピックは難しいです。

 

 私は、物理に関しては、大学受験程度でしか本気で学んでいませんでしたが、こういった内容は見ているだけでも楽しくて好きです。

 

 

今回は本当に「理解はできても、納得ができない」ものが多いと思うので、もう「世の中はこういうものだ」と捉えるようにしてください。

 

 
 
 
 
 
 
 
 

光の速度は誰から見ても変わらない
(光速度不変の原理)

 

 

 相対速度というのをご存知ですか?

 

 

 

 例えば、さんが時速10kmで走り、さんがさんと同じ方向に時速8kmで走り、さんはスタート地点で見守っている(時速0km)とします。

 

 

 このとき、当たり前ですが、さんからさんを見ると、時速10kmで走っているように見えます。

 

 

 次に、さんからさんを見ると時速何kmで走っているように見えるでしょうか。

 

 

 

 このときは、さんも時速8kmで走っているため、さんから見たさんは時速2kmで走っているように見えます。

 

 

 

 このように、観測者を基準とした速度を相対速度といいます。

 

 

 また、さんからさんを見ると時速-2kmとなり、速度にマイナスがかかります。

 

 

 では、光は誰から見ても変わらないということはどういうことでしょうか。

 

 

 これは光に相対速度がないということです。

 

 

 すなわち、光は秒速約30万kmですが、今度は例えば、さんを秒速29万kmで走り(光を追いかけ)、さんが静止していた(時速0km)場合、Bさんから見た光の速度は秒速30万kmですが、なんとAさんから見た光の速度も秒速30万kmなのです。

 

 

 ここで、光に近づいた場合はどうなるでしょうか。

 

 例えば、さんが時速10kmさんに向かって走り、さんはさんに向かって時速10kmで走ると、速度が合成されどちらから見ても、時速が20kmで走っているように見えますね。

 

 

 つまり、今度は光に向かってさんが秒速29万kmで走ったらさんから見た光は秒速59万kmになるでしょうか。

 

 

 これはもう勘のいいかたならわかるかもしれませんが、秒速59万kmにならず、秒速30万kmになるのです。

 

 

 これは直感と相反するため、納得することが難しいですが、一つ一つステップを踏むと理解することができます。

 

 個人的に分かりやすいと思った動画はこちら

[embedyt] https://www.youtube.com/watch?v=no-zy2bTwcQ[/embedyt]

 

 

 

全ての物は全ての物と引き合っている
(万有引力の法則)

 

 

 いま、この記事を読んでいる方は、スマホやタブレットもしくはPCからこの記事を読んでくださっていると思います。

 

 

 しかし、あなたとその媒体は実はお互い引きつけ合っています。

 

 

 ただ、引き合う力があまりにも微小すぎるため、わたしたちは感じないだけなのです。

 

 

 もちろん、身の回りのほかの物、椅子、机、ノート、シャーペンなど、すべてあなたやほかの物と引き合っています。

 

 

 ここでその力を表す式を紹介したいと思います。

 


 texclip20200707144630

 

 Fは引き合う力、Mは1つ目物体の質量、mはもう一方の物体の質量でRはその物体間の距離です(Gは万有引力定数なのである程度無視してOK)。

 

 

 見て分かる通りですが、距離Rが大きくなるほど引き合う力は弱くなりますし、重いものほど引き合う力は強くなります。

 

 

 ゾウなどでも十分重いですが、この万有引力の力を受けるほど重いわけではありません。

 

 

 この万有引力の力を感じるためには、それこそ地球並みの惑星レベルでないとこの力を受けることはできませんし、逆には言えば重力万有引力の一種です。

 

 

 よく、月で体重を測ると体重は1/6になると聞きますが、これは地球に比べて月は半径が1/4ぐらいになり(上の式でいうR)、質量Mも小さくなる(地球の100分の1)になるため、結果としてFが16/100≒1/6ぐらいになるという計算から得られる結果となっています。

 

 

 

同じ地球でも測定する場所によって体重は異なる(重力、遠心力)

 

 「うわー今日体重測定だ、朝ごはん抜きにしよう!

 

 

 など考える人がいますが、何もせずとも、体重を減らす作戦があります。

 

 それは地球の赤道上で体重を測ることです。

 

 

 

 体重は、自分の質量×地球の重力加速度で計算されています。

 

 

 すなわち、体重計の数値を減らす一番速い方法は、重力が小さいところで体重を測ればいいのです。

 

 

 それが赤道です。

 

 さきほどの万有引力の式から、距離(R)が遠いほど受ける力は小さくなることが分かりました。

 

 

 また地球は完全な球ではありませんよね。

 

 

 すなわち、赤道付近の方が北極や南極から地球という球の中心からの距離が遠いため、重力は受けにくいのです。

 

 

 また赤道付近で体重を測ることのメリットはまだあります。

 

 

 それが地球の円運動です。

 

 

 地球は常に自転しているため、もちろん地球上の誰しもがその遠心力を受けます。

 

 

 そして、その遠心力を受ける地点が一番強いのが赤道付近なのです。

 

 

 極端な話、日本国内においても、北海道で体重を測るのと沖縄で体重を測るのでは差が出ます。(北海道では100kgでも沖縄では99.86kgなんだとか)




 

 

 この話が難しいと思った方は素直にダイエットしましょう。

 

 

 

 

この世で一番速いものはものは光である
(特殊相対性理論)

 

 

 これは光速度不変の原理につながるものがあります。

 

 

 一時期、ニュートリノが光よりも速く、これは相対性理論が矛盾するという見解がありましたが、実際はニュートリノは光よりも遅く、事なきを得たことがありましたね。

 

 

 また相対性理論によれば、光の速さが一番速いというのは物質の運搬も含む、情報の伝わりよりも速いということも含んでいるようです。

 

 

 つまり、相対性理論が正しければ、通常太陽まで光は8分20秒ほどかかると言われているため、どんなに技術が進歩しても太陽と交信するには少なくとも8分20秒かかることになります。

 

 

 

速度が速いものほどその物は重くなる
(特殊相対性理論)

 

 

 先ほどの話でこの世で一番速いものは光だと説明しました。

 

 

 では物を限界までスピードを上げるとどうなるでしょうか。

 

 結果としてその物は重くなります。

 

 そして、その物が光の速度に達するときは体重が無限大になります。

 

 加速するためにはエネルギーが必要であり、光の速度に達するためには無限大のエネルギーが必要になるため、結果的に光より速いものは存在しないという結果にもなります。

 

 

 もしかしたら人間が本気で走っても限界があるのはエネルギーが足りないのかもしれませんね(笑)。

 

 

 

重いものに近いほど時間の進みは遅くなる
(一般相対性理論)

 

 

 おそらくこれが一番難しいです。

 

 

 正確には、重力が弱いところは時間の流れは早く、重力が強いところは時間の流れ遅いのです。

 

 つまり、太った人と一緒にいると時間がゆっくりに感じます

 

 

 つまり、時間の流れというのは相対的なものであって、絶対的なものではないのです。

 

 こういった結果から、ブラックホールなどの重力がすさまじいところでは、時間がゆっくり流れるのです。

 

 

 極端な例ですが、地球でも北極や南極と赤道では、これまた重力が違うため、感じる時間も(極めてわずかですが)違います。

 

 

 子供のころに「時間はみな平等に与えられている」と教えられてきましたが、これは嘘ですね。

 

 

 正確には「光の速さはみな平等」が物理学的には正しいです。

 

 

 

観測する前はすべての可能性が同時に重なり合っている(量子力学)

 

 

 シュレディンガーの猫というのをご存知ですか?

 

 

 これは有名な思考実験の一つで、量子力学を説明するときによく用いられます。

 

■あわせて読みたい記事■


 

 
 シュレーディンガーの猫というのはどういう猫というかというと「生きていて死んでいる猫」です。
 
 
 
 
 超簡単に説明するため、いろいろ条件は変えますが、まず頑丈な箱と猫と爆弾を用意します。
 
 
 箱の中にまず猫を置き、次に爆弾をセットします。
 
 
 
 今回この爆弾は不安なもので、爆発する確率は1/2とします。
 
 
 また、箱は頑丈であるため、仮になかで爆発をしても、外からは分からないものとします。
 
 
 
 では、箱を閉じて、十分時間が経ったとします。箱の中の猫はどうなっているでしょうか。
 
 
 
 
 もちろん、ふたをあければ答えはわかりますが、問題はふたを開ける前どうなっているかということです。
 
 
 
 直観的には、「死んでいるか、生きているかのどちらか」または「生きているか死んでいるか分からない状態」と答えたいですが、量子力学的な答えは「生きている状態と死んでいる状態が重なり合っている」という答えになります。
 
 
 
 
 人間の感覚では、箱を開ける前までに結果は決まっていると思うのが普通ですが、量子力学的には、ふたを開ける前はまだ両方の可能性が同時に存在しており、箱を開けて初めてどちらかの状態に定まる(確定する)という考えをするのです。
 
 
 
 
 こういった、異なる状態が重なりあっているといった表現をして、どちらの状態も言及できないといった解釈を当時、デンマークの首都でこの研究をしていた学派たちから、コペンハーゲン解釈と言います。
 
 
 
 また、この量子力学が現実的に正しいかどうかはまだ分かっておりません。
 
 
 
 あくまで量子力学ではこういった考えをするということだけです。
 
 
 
 実際に、アインシュタインなどの古典物理学派は量子力学は間違いだと批判しており、あの有名な「神はサイコロを振らない」といった名言も残してます。
 
 
 
 
 しかし、現在では、古典物理学よりも量子力学のほうが優勢であるようです。(古典物理学が否定されたからといって、相対性理論などが否定されるわけではありません)
 
 
 
 またこのシュレーディンガーの猫を考案したエルヴィン・シュレーディンガーは、実は量子力学の否定派で、このシュレーディンガーの猫で重ね合わせを否定しようとしました。しかし、いつの間にかコペンハーゲン派が主張する「重ね合わせ」という現象を説明するような使われ方が多くなってしまうという皮肉な結果になってしました。
 
 
 
 
おまけ
 
 クイズです!「有名な動物を用いた実験で、『シュレーディンガーの』と言えば、猫ですが、『パブロフの』と言えば何でしょう?」
 
 
 
 
 
 正解は犬。
 

 

まとめ

 

 いかがでしたか?

 

 

 物理学は奥が深すぎますね。

 

 間違いなどがあったらぜひコメント欄で教えてください。

 

 ではでは。

 







 このブログでは、くだらない雑学から話題のニュースまで網羅していきたいと考えています。

 もし興味を持ってもらえましたら、コメント、ブログのシェア、Twitterのフォローやブログリーダーの登録をお願いします。
最近では、インスタグラムも始めたのでよろしくお願いします!
 
 Twitterは↓↓↓


 インスタグラムはこちら

 Facebookはこちら

 
 ブログリーダーの登録もぜひお願いします↓↓↓








 

 


 

あなたにオススメの記事!