空間と時間のゆがみ

プリンキピアが出版されてから200年以上後、世界はまだ重力のメカニズムを理解していませんでした。 入アルバートアインシュタインの人た世界を変えるほど多くない。 しかし、彼の仕事に着く前に、もう一度回り道を取らなければならないでしょう。,

あなたが（一定の速度で）動いているかどうかはわかりません

1632年、ニュートンが今では有名な作品を出版する前でさえ、ガリレオ-ガリレイは彼の時代におなじみの物体の相対運動について書いた：船。

あなたが一定の速度で航行する船の密室にいて、乗り心地が完全に滑らかであれば、物体は陸上と同じように振る舞います。 あなたが動いているのか静止しているのかを知るために行うことができる物理的な実験はありません（あなたが舷窓から覗いていないと仮定して）。, これは相対性理論の背後にあるコアアイデアであり、私たちが太陽の周りの惑星の動きや銀河を通る太陽系の動きを感じないのと同じ理由です。

空間と時間がリンクされています

ガリレオのほぼ300年後、アインシュタインは重要な要因の文脈で相対性理論の結果を熟考：光の速度。, 彼はこれらのトピックを熟考していた唯一の人ではありませんでした—当時の他の物理学者は、この面で未回答の質問があることを認識していまし しかし、理論を定式化したのはアインシュタインでした—特殊相対性の理論宇宙と時間の関係、光の速度の恒常性、そして物理学がすべての均一な動, 最初は、特殊相対性理論は重力とはあまり関係がないように見えるかもしれませんが、それは重力を理解するためのアインシュタインにとって不可欠

動く時計はよりゆっくりと刻みます

アインシュタインの時間の間の実験は、光の速度が一定であるように見えることを示していました。 どんなに速く試して追いついても、光は常に毎秒ほぼ300,000,000メートルであなたから離れてジップするように見えます。

なぜこれが重要なのですか？ さて、光そのものから時計を構築することを想像してみましょう。, 二つのミラーが互いに反対側に配置され、時計の”ダニ”は、光の粒子が一方の側から他方の側に移動し、戻って移動するのにかかる時間です。

インタラクティブ

軽い時計を想像する

（スローモーションで）

時計の”ティック”

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さて、地球を越えてジッピング宇宙船に乗っているあなたの友人がこれらの時計のいずれかを持っているとしましょう。, あなたの友人にとって、時計は正常に機能しているようです—光の粒子は期待どおりに上下に移動し、時間は通常の方法で進行します。 しかし、あなたの視点から、船が通り過ぎるのを見て、光は船と一緒に上下と側面の両方に移動しています。 ライトは各ダニとのより長い間隔を移動する。,

だから、宇宙旅行者のために、光が300,000,000m/sしかし上下に移動しなければならない;そして地球の観測者に、ライトは300,000,000m/sで移動するが、より長い、斜めの間隔を移動しなければならない;そして地球の観測者のために、時計は”目盛り”により時間がかかる。,

この効果は時間拡張と呼ばれます時間拡張ある観察者の時間が他の観察者に対して相対的に遅くなります。 より速くあなたが宇宙を旅するほど、時間を旅するのは遅くなります。

視点は重要です

しかし、誰の時間が本当に遅くなっていますか？ それは彼女の宇宙船で彼の友人のジップ過去を見て、地球上の人ですか？ または宇宙飛行士は、地球が飛んでいる間、彼女はまだ滞在していると主張していますか？

不思議なことに、両方の視点は有効ですが、両方が一定の動きをしている間にのみ有効です。

説明するために、宇宙飛行士が地球を去ったとき、彼女と彼女の友人は同じ年齢だったと仮定しましょう。 彼女が去るとき、宇宙船は地球から離れて加速します。 彼女が戻ったとき、宇宙船は不時着を避けるために減速する。 離れることと戻ることの両方で、宇宙船は参照のフレームを変更します参照のフレーム運動の状態を含む観察者の物理的環境。, ある車で旅行する人は、異なる速度または方向を行く車で旅行する人、道路の側の歩行者、または飛行機の頭上を旅行する人などとは異なる基準枠 そして、私たちの宇宙飛行士は動きの変化を感じることができます。 加速と減速の間に宇宙船の中で行われた実験は、何かが変化していることを示すでしょう。 これは状況の対称性を破り、宇宙船が地球に着陸すると、私たちの宇宙飛行士は本当に地球に縛られた相手よりも若くなります。,

効果は、彼らが本当に、本当に速く旅行していた場合にのみ顕著です—しかし、今日の宇宙飛行士や戦闘機のパイロットが高速ミッションから戻ったとき、彼らはそのミッション中に私たちの残りの部分よりも小さなビット少ない老化していると言うことはまだ真実です。

時空の四次元

これに続いて、空間の三次元と時間の一つの別々の次元を考えるのではなく、それらを”時空”の四次元と考えることができます。 より速くあなたが空間を移動するほど、時間を移動するのが遅くなり、その逆もまた同様です。,

移動する物体は空間で収縮する

特殊相対性理論のもう一つの結果は、動きの速い物体は運動の方向に大きさが収縮するように見えるということである。 （そして再び、これはあなたが見ている視点に応じて反転されます。)

これは時間の歪みから来ます—結局のところ、何かが時間を通って移動する空間の量（光年、光秒など）で何かの長さを測定できます。 そして、動く物体の長さを他の人の視点から測定することを想像するのは難しいですが、長さの収縮は不正確な測定の結果だけでなく、実際の物理的,

時間拡張から生じ得る年齢差とは異なり、移動する物体と観察者が再会すると、長さの収縮による残留効果はない。

重力の理解

重力のアインシュタインの説明は、特殊相対性理論と同じくらい奇妙な状況につながります—タイムトラベルが含まれています！

加速と重力は区別できないことがあります

宇宙船で目を覚まし、宇宙を加速していると想像してみてください。, あなたが加速する車の座席に押し戻されるのと同じように、加速する宇宙船はあなたを加速しているものの反対側に押し戻します。 加速の一定の速度では、スケールのセットは、あなたが地球上の自宅にいるときに行うのとまったく同じ重量を量ることを伝えることができます。

宇宙船の範囲内で、あなたが本当に宇宙を加速しているかどうか（外を見る窓がないと仮定して）、または代わりに地球の表面に静止している宇宙船の中にいたかどうかを知るためにできる物理的な実験はありますか？ アインシュタインは、ガリレオが滑らかな帆船の中の人（窓なしで閉じ込められている）と陸上の人との区別がつかないことを想像したように、アインシュタインは、加速と重力の影響も区別がつかないことに気づいた。, これは等価原理と呼ばれる重力場にいることの影響は、加速された基準フレームにいることの影響と区別がつかない。

加速運動の下での宇宙ワープ

アインシュタインが等価原理を定式化すると、重力はあまり神秘的になりませんでした。, 彼は重力をよりよく理解するために加速の彼の知識を適用できる。

あなたは加速が常にあなたの座席の後ろにあなたを押して、車の中でスピードアップするときのように、速度の変化を意味するとは限らないことを知っているかもしれません。 それはまた、あなたが車の側に傾くことを引き起こし、ロータリーの周りに行くときのように、方向の変化を意味することができます。

これをさらに拡張するために、あなたとあなたの仲間の乗客が外面に固定されている円筒形のカーニバルライドを想像してみましょう。 シリンダーは加速が楽になり、動きが一定したとどまるまでより速くそしてより速く回る。, しかし、速度が一定であっても、あなたはまだ加速された動きを感じます—あなたは自分が乗り物の外縁に固定されていると感じます。

この回転する乗り物が十分に大きく、十分に速い速度で移動していた場合、乗り物の外に立っている人の視点からだけでなく、乗り物自体の中にいくつかの奇妙な効果に気づき始めるでしょう。,

回転ごとに、ライドの端にあるものはシリンダーの全周を移動します—中央にある間、動きはほとんどありません。 だから、誰かが乗り物の中心に立っていた場合（おそらくブレースによって保持され、それらが端に落ちるのを止める）、特殊相対性理論の下で見たすべての奇妙な効果に気づくでしょう—エッジのものは長さが収縮し、時計はより遅い速度で刻まれるでしょう。,

重力は時空の曲率です

等価原理は、重力と加速度の影響は区別できないことを教えてくれます。 円筒形の乗り物の例を考えると、加速された動きが空間と時間を歪ませることができることがわかります。 ここでアインシュタインは、重力が空間と時間の歪みであることを示唆するために点を結びつけました。 重力は、物体が移動する経路を決定する巨大な物体によって引き起こされる宇宙の曲率です。 その曲率は動的であり、それらの物体が移動するにつれて移動します。,

この理論、一般相対性理論ロッサリー一般相対性アインシュタインの重力理論は、星の軌道から小惑星の衝突、枝から地球に落ちるリンゴまで、すべてを予測します。,

時空は質量を握り、移動方法を伝えます。.. 質量は時空をグリップし、物理学者John Wheeler