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静止系があることの証明
特殊相対性理論
特殊相対性理論では、物質も光も全て粒子であり、空間には何もないと考えます。何もない空間の位置は考えることが出来ません。後に残るのは、動き回る粒子のみです。そうなると、どの粒子が静止しているのか誰にも分かりません。
この粒子が静止しているとするとあの粒子は移動している、逆にあの粒子が静止しているとするとこの粒子は移動しているとしか言えなくなります。こう言う意味で、物質の運動は相対的なものとなります。そして、静止系と言う特権を有する系はないと考えます。
特殊相対性理論では、自分の居る系は静止しているいや移動していると自由に考えることが出来るのです。自分の系は静止系だいや移動系だと考え方を変えただけで、観測される光の速度が変化してはなりません。従って、相対性理論では、全ての慣性系において「光速度は不変」であることが必須となります。
物理法則も同様です。考え方を変えただけで、物理の法則の方程式が変わってはなりません。従って、「全ての慣性系において、物理法則は同一の形を採る」と表現します。
静止系がないとGを説明出来ない
しかし、本当に静止系はないのでしょうか。慣性系では、物体にGが掛からないので、静止系を考える必要はありません。しかし、加速系では、物体に加速に応じたGが掛かるので、慣性系の様にこの加速系は静止しているとか任意の値で加速していると自由に考えることは出来ません。
例えば、急加速する車の中で、この車は静止していると幾ら念じても、体に掛かるGは消えません。何かを静止している(静止系)と設定して、それを基準にした加速に応じたGが私に体に掛かります。その何かとは何でしょうか。
ニュートンのバケツ
また、「ニュートンのバケツ」の思考実験で、静止系のあることを証明出来ます。バケツに半分位水を入れ、紐をつけて天井に吊るします。そして回転させます。すると、遠心力により、バケツの端は水面が高く中央部分は低くなり、水面は凹凸になります。
この事実から、水に掛かる遠心力は、静止している絶対空間を基準にした水の回転速度に応じて掛かっていることが分かります。
この宇宙には、水の入ったバケツと観測者のみと仮定します。バケツの水面が凹凸になれば観測者は静止しバケツが回転しており、平らなままであればバケツは静止し観測者がバケツの周りを回っていることが分かります。
静止系とは何か
では、「静止系」は何でしょうか。
少し前に、ヒッグス粒子が発見され話題になりました。空間は何もない入れ物ではなく、そこにはヒッグス場があります。物質がヒッグス場上を移動すると、ヒッグス粒子が生じ物質にまとわり付きます。その為に、物質は動き難くなり質量を与えられます。
即ち、この「ヒッグス粒子のプール」が静止系です。物質が「ヒッグス粒子のプール」の中を移動すると質量が与えられ、その中で加速するとGが掛かるからです。
逆に、「ヒッグス粒子のプール」自体が宇宙の中を移動しており、物質が「ヒッグス粒子のプール」と同じ速さで同じ方向に移動しても、その物質には質量は与えられずGも掛からないからです。
ですから、急加速する車場合、「ヒッグス粒子のプール」を静止と考え、それを基準とした加速に応じたGが体に掛かります。ニュートンのバケツの場合、「ヒッグス粒子のプール」を基準にして、バケツが回転していれば水面は凹凸となります。
静止系とは「ヒッグス粒子のプール」の中で静止している物質の集まりです。慣性系とは「ヒッグス粒子のプール」の中を等速直線運動する物質の集まりです。
超ひも理論
現在の物理学では、「超ひも理論」が最も有力視されています。そして、宇宙を次の様に想定します。
宇宙開びゃくの瞬間、宇宙は非常にエネルギーの高い状態にあり、個々の「超ひも」は自由に空間を動き回っていました。しかし、宇宙のエネルギーが、100Gevになった時、「超ひも」は第三回目の相転移を起こしました。相転移とは、水蒸気が冷えて氷となる様な現象を言います。水蒸気として自由に動き回っていた水の分子は、冷えて相転移を起こし氷の分子として固定され、もはや自由には動き回ることが出来なくなります。
以下は、私のオリジナルです。
ビッグバンの初期には、「超ひも」は光速を超えて自由に移動していました。しかし、宇宙のエネルギーの低下に伴い、宇宙は相転移を起こし、「超ひも」は固定され網状に繋がったと考えます。
そして、その「超ひもの網」の上を、物質や光は、振動として伝わります。そして、「超ひも」の振動自体が光速で伝わるので、何ものも光速以上で伝わることは出来ないのです。
この「超ひもの網」が静止系です。「ヒッグス粒子のプール」はこの「超ひもの網」に対して静止しています。
時間自体が遅れるのか時計が遅れるのか
①様々な速度で移動し飛び交っている多くの時計があるとします。これらの時計は、②一か所に在った時には同じ速度で時を刻んでいました。しかし、①の状態になると、時計は速度に応じた時の刻み方をします。
では、時計が高速移動することにより、時間そのものが遅れたのでしょうか。それとも、高速移動した為に時計が動き難くなり時計が遅れたのでしょうか。
何故、移動する時計Aの時間のみが遅れるのですか。時計Aの動きは他の時計の時間には一切影響しないのでしょうか。その仕組みを説明出来るのでしょうか。
高速で移動する粒子は、光速に近づくにつれて加速し難くなるのは、加速器の実験でも実証されています。つまり、高速移動する時計を構成する粒子は、相対的位置関係が変化し難くなります。物質は結合や離反を繰り返し物質としての変化が進んで行きます。高速移動し粒子の相対的位置関係が変化し難くなると、物質の変化のスピードが遅くなり時計が遅れるのは論理的必然です。
それに比べて、時間自体が遅れる仕組みを説明することが出来るでしょうか。時間は他のより基本的な何かで構成することは出来ません。つまり、時間は構造を持たないので、それが変化する仕組みは未来永劫に説明することは出来ません。
一方、物質はより基本的なもので説明出来ます。分子を原子で、原子を素粒子で、素粒子を超ひもでと言った具合です。つまり、物質は構造を持つのでそれが変化する仕組みは、上記のとおり説明出来ます。その仕組みにより、物質にはその移動速度に応じた変化の進み方があることを上手に説明することが出来ます。
高速移動する時計の遅れは、粒子の動き難さで説明されます。この上更に時間まで遅れると、③t'=t(1-v2/c2)となり、現実にGPS衛星搭載の時計の調整に使われている④t'=t√(1-v2/c2)と乖離してしまいます。ですから、時間そのものは変化してはいけません。
①の状態の時計の内、最も速く進む時計が静止している時計です。その時計が正確に時を刻んでいます。それ以外のゆっくりと動く時計は、移動しており正確には時間を刻んではいません。ですから、仰るとおり「時間とは時計で計るもの」ですが、どの時計で計るのかが重要となります。
時間とは、静止している時計で計るものです。移動している時計で計ると、実際よりも短い時間に計れてしまい、実験結果が歪んでしまいます。
移動する慣性系で計った時間を、静止系の時計で計った時間に直してやらなければなりません。その際、④t'=t√(1-v2/c2)を使います。
「ヒッグス粒子のプール」と言う静止系に対して静止している時計が最も速く時を刻みます。そして、その時計で計る時間が正確なのです。
速度の上限が光速である理由
地球は、「超ひもの網」上を振動として伝わります。地球が「超ひもの網」上を動くと、ヒッグス粒子が生じ地球にまとわり付き、動き難くなり地球に質量が与えられます。
光も物質も、超ひもの振動として、「超ひもの網」上を伝わります。そして、超ひもの振動自体が、光速で伝わるのです。光は何の抵抗も受けず、そのまま光速で真空中(=「超ひもの網」上)を伝わります。
一方、物質はヒッグス粒子により動き難さを与えられ、光速未満でしか移動出来ません。
このヒッグス場を基準にすれば、地球の絶対速度を求めることが出来ます。これは、自転・公転・ビッグバンによる膨張全てを総合した地球の動きです。
