相対性理論では、高速で移動すると時間が遅れ、空間が変化します。また、強い重力が掛かっても、空間が歪み時間が遅れます。
これは、何故でしょうか。両者に共通することは、「物質が動き難くなること」と「物質が収縮すること」です。
加速器で粒子を加速すると、光速に近づく程加速し難くなります。光速に近い速度で移動するロケットの中では、あらゆるものはゆっくりと動きます。
また、強い重力が物質に掛かっても、その物質は動き難くなります。重力の強い星の表面では、あらゆるものはゆっくりと動きます。
この二つの場面を、静止し無重力の場所から見ると、あたかもそこの時間がゆっくりと流れている様に見えます。
また、物体がv㎞/秒の高速で移動すると、原子核の周りを回っている電子は動き難くなり、その回転速度はゆっくりとなります。すると、電子に掛かる遠心力が弱くなり、電子は原子核のプラスの電磁気力に引かれより小さな軌道を回る様になり、原子は収縮します。
この様にして、高速で移動する物体は、下図の様に√(1-v2/c2)倍「ローレンツ収縮」します。光速に近い速度で移動するロケットの中では、あらゆるものは収縮します。
定規が√(1-v2/c2)倍に収縮するので、長さは1/√(1-v2/c2)倍と測定されます。また、観測者自身がvt㎞移動しているので、その分距離は短く測定されます。上下左右方向には変化はありません。
つまり、空間の変換式は
x’=(x-vt)/√(1-v2/c2)
y’=y
z’=z
です。
また、強い重力が物質に掛かっても、その物質は収縮し、その分空間の距離は伸びたと測定されます。