アインシュタインは光の白昼夢からいかに相対性理論を生み出したのか

masapoco
投稿日
2023年11月10日 10:53
18903efd850fbb2f221ba570124c9cef

Albert Einsteinは、当時は風変わりだと思われていた光に魅せられ、まったく新しい物理学の理論への道を歩むことになる。

Einsteinより半世紀も前に、スコットランド人のJames Clerk Maxwellが、電気と磁気という異質な科学をひとつの共同体に統合し、自然の強力な統一と普遍化を明らかにした。それは、数十年にわたる錯綜した実験結果とぼんやりとした理論的洞察を、豊富な現象を支配する4つの方程式の整然とした集合に圧縮した巨人的な力業であった。そして、Maxwellの努力によって、自然の第2の偉大な力である電磁気学が誕生した。この電磁気学は、静電気ショック、磁石の目に見えない力、電気の流れ、そして放射線(つまり光)そのものに至るまで、あらゆる現象をわずか4つの方程式で記述するものである。

当時、Einsteinが電磁気学に魅了されたことは、流行に乗り遅れたと考えられていた。今でこそ、電磁気学は若い物理学者の教養の礎となっているが、20世紀初頭には、理論物理学の面白さに過ぎず、工学寄りの人々が深く学ぶべきものと見なされていた。Einsteinは技術者ではなかったが、少年時代は単純な思考実験に熱中していた。特権的な視点から見ると、光はどのように見えるだろうか?

Maxwellの方程式は、光は電気と磁気の交互波で構成され、空間を疾走しながら互いに飛び跳ね、交差していることを正確に記述していた。それこそが光であり、絶え間なくうねる波のリズミカルなパターンなのだ。単純な推論によれば、自転車のペースを維持するために猛烈に脚を動かして光線に追いつき、横を見渡せば、空中で凍りついた波が見えるはずである。

しかし、若きEinsteinはこれがパラドックスであることに気づいた。Maxwell自身の方程式は、光は絶えず運動していること、電気と磁気の波は絶えずそれ自身を永続させなければならないことを要求していた。Einsteinは、その子供の頃の思考実験を、学生時代もそれ以後もずっと続け、光に追いついたらどのように見えるのか、どのような形、姿、アイデンティティを持つのか、首尾一貫した一貫性のある絵を見つけようとした。

彼がそのことに気づいたとき、安堵と恐怖が入り混じった閃光が走ったことは想像に難くない。パラドックスを避ける最も簡単な方法は、パラドックスを無関係にすることだ。光に追いつくことは不可能なのだから、光に追いついたときに光がどのように見えるかを想像することは不可能なのかもしれない。

光より速く進むことはできない。北極から北に1マイル離れた地点はどこだろうと考える必要がないように、若きEinsteinの想像力豊かな思考実験の解決策を心配する必要はない。宇宙はそれを許さないのだ。この気づきは、やがてEinsteinの数ある革命のうちの最初のもの、私たちが特殊相対性理論と呼ぶものへとつながっていった。


この記事は、PAUL M. SUTTER氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。



この記事が面白かったら是非シェアをお願いします!


  • 5184c88f014cadd98ee5b5fbe7e8dccf
    次の記事

    NVIDIA、新たな輸出規制を回避するため中国向けに新たなAIチップを開発

    2023年11月10日 11:28
  • 前の記事

    ChatGPTのカスタマイズ機能「GPTs」がChatGPT Plusユーザーの全てで利用可能に

    2023年11月10日 10:41
    FireShot Capture 081 ChatGPT openai.com
この記事を書いた人
masapoco

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 が付いている欄は必須項目です

おすすめ記事

  • gravity well

    卓上レベルの重力実験:なぜ小さな小さな測定が物理学の大きな飛躍につながるのか?

  • quantum experiment

    量子レベルでの重力を測定することに成功、夢の「万物の理論」の構築に大きな前進

  • SOFIA 1024x811 1

    小惑星表面で水が発見された

  • 1.22.24webbtelescopestephan quintetorigcrop3 e1707612198512

    ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡はダークマターの1つの理論を直接検証できる

  • 88a206c05ba9c73008aa090d25c0a562

    物理学者のように考え、理論を構築するAIの開発に成功

今読まれている記事