よもやま話　その8 Part2

2026年03月28日

※今回の記事は前回の【その8 Part1】の続きです。まだ読まれていない方はそちらを読まれてから今回の記事を読むことをおすすめいたします。

さて、前回の記事では『光の速さは秒速30万km』ということをお話しました。これを前提に

　　　　　　　　　　　　　　　　　▷
　　　□□□□□□□□□□□□□□▷▷　　　　　　ー
　　　□　●（光時計）　 　　　　□▷▷▷　　　　　↑
　　　□　　　　　　　　　　　　□▷▷▷▷　　　　ロケットの高さは30万km
　　　□　　　　　　　　人A 　　□▷▷▷　　　　　↓
　　　□□□□□□□□□□□□□□▷▷　　　　　　ー
　　　　　　　　　　　　　　　　　▷
　　　　　　　　ロケット

　　　　　　　　　人B

という状態があったとします。●で表記された光時計というものをロケット内で上から下に落とした時にロケット内にいる人Aとロケットの外にいる人Bは同じように上から下に光時計が落ちているように見えるはず。しかしこのロケットがめちゃくちゃ高速で飛んでいると仮定した時にロケット内にいる人Aは上から下に落とした光時計はまっすぐ落ちて見えるものの外から見ている人Bには

　　　　　　　　　　　　　　　▷
　　　□□□□□□□□□□□□□□▷▷　　　　　　
　　　□　●　　　　 　 　　　　□▷▷▷　　　　　
　　　□　↓　↘　　　　　　　　　　□▷▷▷▷　　　　
　　　□　↓　　↘　　　　　人A 　　□▷▷▷　
　　　（A視点）（B視点）
　　　□□□□□□□□□□□□□□▷▷　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　▷
　　　　　　　　ロケット

　　　　　　　　　人B

上記に記載したように、まるで右斜め下に落ちていっているように見えるのです。分かりやすく言うと走行中の新幹線の上から落としたボールを外から見てるとまっすぐ落としたつもりなのに斜め横に落ちて見える、と伝えればわかりやすいでしょうか。
ここで三角形という形の定義のお話をさせていただくのですが、三角形の斜めになっている
　　　　　　→⊿
上に指した矢印の部分は直角になっている部分の長さよりも長い、という定義があります。この考えを用いるとロケット内から見たA視点よりも外から見たB視点のほうが光時計の落ちた距離が30万kmより長くなっているということが分かります。大前提として『光の速度は変わらない（秒速30万km）』という定義なのでロケット内で進んでいる時間が遅くなっていると考えないと式が成り立たないじゃん（ロケット内にいる人は普通だけれど外にいるBからロケット内を見るとロケット内の時間がゆっくりに見える）、とアインシュタインは考えたのです。以上のことからアインシュタインは「速く動くものほど時間はゆっくり進む」と唱えたのです。ちなみに上記のことが分かるともっと凄いことが分かります。

速さや時間、距離の計算は『速さ＝距離/時間（通称は・じ・き）』の公式を用います。
先ほどのロケットの話しに戻りますが止まったロケットの中で光時計を落とすと

秒速30万km=30万km/1秒　

という計算式になります。今度は高速でロケットが動いていると仮定した時に光時計を落としたとして、先ほどお伝えしたことを思い出してみてください。

『ロケット内にいる人は普通だけれど外にいるBからロケット内を見るとロケット内の時間がゆっくりに見える。』

上記を踏まえて先ほどの公式に数字を当てはめると

秒速30万km（光の速度は絶対に変わらない）=21万km（時間が短くなったことによって結果として距離も短くならなければ公式に当てはまらなくなってしまう）/0.7（ロケット内の時間がゆっくり進むため時間が短くなる）

という公式になります。つまり同じ物体でも見ている人からすると空間（距離）が縮んで見える、という現象が起こります。これは『特殊相対性理論』といわれるものであり1905年に発表されました。

筆者はこの内容を初めて目にした時に「何を言っているんだ？」となってしまったのですが、当時の人達も「何言っちゃってんの？」状態だったようです。しかし月日が立つにつれて「あれっ？アインシュタインの言っていることって合ってるんじゃね？」と世間が気付き始めます。そしてこの10年後である1915年に『一般相対性理論』と呼ばれる特殊相対性理論のアップデートverが発表されています。ただそれでも世間にはあまり理解をされていなかった相対性理論ですが1971年に相対性理論に対する観測実験が行われたのです。その内容というのは飛行機で80時間飛ぶ（地球1周）というもの。その結果、飛行機で地球を80時間飛んでいた（地球を1周した）人がつけていた時計は地上の時計に比べて2500万分の1秒時計が遅れていたという現象が起きたわけです。
この他にもミューオンという素粒子でも相対性理論が実証されたことがあります。

ミューオンとは物質を構成している素粒子というもののひとつなのですが、この素粒子の寿命は2.2マイクロ秒といわれているのです。そしてこのミューオンという素粒子は宇宙から常に地球へ降り注いでいるともいわれております。

「あれっ？」

と思いませんか？寿命が2.2マイクロ秒しか無い素粒子がなぜ宇宙から降ってきていると地球にいる人間が分かるのか。宇宙から地球の地上まで多分届かないですよね。
ここで相対性理論の出番です。ミューオンは光の速度で進んで宇宙から地上へ降り注いでいるのでミューオン自体の寿命は2.2マイクロ秒だけれども光の速度で進んでいるため時間がゆっくり進んでいる。
そのため2.2マイクロ秒しか寿命がなく本来地球へ到達する前に寿命を迎えるはずの素粒子が地球に降ってきていると観測ができたということです。

そしてこれらからアインシュタインが残した公式が

E（エネルギー）＝m（質量）c2（光の速度の２乗）というわけです。

今回もまだまだ続きます。Part 3をお楽しみに。

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