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一般相対性理論【いっぱんそうたいせいりろん】

一般相対性理論とは、ドイツのアルベルト・アインシュタイン(Albert Einstein)が1905年の特殊相対性理論に続いて1915年~1916年に発表した理論で、慣性力と重力とを結び付けることを目指している。相対性理論は一般的に「特殊」相対性理論と「一般」相対性理論との二つに分けられる。特殊相対性理論が何故「特殊」と冠して呼ばれるのかと言えば、観測の対象となる座標系が慣性系に限定した特殊な場合のみを扱うことにしているからである。因みに特殊相対性理論は<特殊相対性の原理>と<光速度不変の仮説>とから成り立っている。これに対して一般相対性理論は<一般相対性の原理>と<等価原理>とから成り立っている。

関連した単語

<一般相対性の原理>は特殊相対性理論と慣性系とを結び付ける

<一般相対性の原理>とは、“加速度系であっても極めて限られた狭い範囲(時空間)では特殊相対性理論が成り立つということ”と“重力と慣性力とは同じ性質を持つため互いに置き換えて考えることができる”ということを指す。考え方としては、特殊相対性理論を一般的な加速度系に拡張して行こうとしている。極めて限られた狭い範囲であれば、運動系同士の座標変換をローレンツの座標変換をした後で加速度が働いているという考え方をすることになる。<等価原理>は慣性質量と重力質量とが同じことをいう

慣性質量とは、ニュートンの運動第二法則

「外力を受けた物体は、力を受けた方向に、力の大きさに比例し、その物体の質量に反比例した大きさの加速度を生じる」というところの質量で、重力には無関係である。式で表すとf=mα (質量m、加速度α、力f)となる。

重力質量とは、ニュートンの万有引力の法則

「物体間に働く力は、物体ここの質量の積に比例し、物体間の距離の二乗に反比例する」というところの質量で、慣性力には無関係である。式で表わすと(質量をそれぞれ 、 距離r、 力f) 但し、Gは重力定数となる。

時空の歪みが重力を生む

一般相対性理論は、上述の一般相対性の原理と等価原理の二つを理論的な柱とした重力の理論である。等価原理に拠れば、一様に加速される座標系の観測者は、自らにかかる力が慣性力なのか重力なのかを区別することが出来ない。特殊相対性理論に拠れば、空間は時空の連続体である。一般相対性理論に拠れば、その時空の連続体は均質なものでなく歪んだものになる。つまり、質量が時空間を歪ませることによって重力が生じると考えるのである。もしも一般相対性理論の言う通りであれば、大きな質量がある周りの空間(時空間)は歪んでいる筈で、その発生する重力のため光は直進出来ないばかりか時間の流れも影響を受けていることになる。これが重力レンズとか時間の遅れとかいった現象となって観測されるのではないかと考えられている。また、質量が移動する場合には、移動に沿って時空間の歪みも移動していく筈で、これが重力波となって現われるとも考えられている。

問題

一般相対性理論の基礎になる考え方二つを挙げなさい。

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