相対性理論とは何か｜時間の進み方が人によって違う理由

スマホの地図の青い点は、GPSの衛星から届く電波の時間で場所を割り出しています。その衛星の時計は、地上の時計より1日に約38マイクロ秒進みます。何もしないと、地図は1日に10km以上ずれていきます。原因は、アインシュタインの相対性理論です。 相対性理論の出発点は2つだけです。動いているかどうかは、中からは分からない（相対性原理）。光の速さは、誰が、どう動きながら測っても秒速約30万km（光速度不変の原理）。この2つを受け入れると「同時」が人によって違ってきて、そこから、動く時計は遅れ、長さは縮み、時間と空間はひとつの「時空」になり、光より速くは行けず、エネルギーと質量は同じもの（E=mc²）になります。 時計は本当に遅れるのか。空から降ってくるミュー粒子、旅客機で世界を回った原子時計、秒速10mに届かない速さで動かした時計が、それを確かめています。 1915年の一般相対性理論は、重力まで含めました。落ちる人は重さを感じない、という思いつきから、重力と加速は区別できないこと（等価原理）が導かれ、高い所ほど時間が速く進むことが分かります。2020年には、東京スカイツリーの展望台の時計が、地上より1日に約10億分の4秒速く進みました。GPSの衛星の時計は、2つの相対性理論の効果を見込んで、打ち上げる前からわざと遅く合わせてあります。 時間は、宇宙に1本だけ流れているものではありません。一人ひとりが、自分の時計を持って生きています。 ■ 目次 0:00 はじめに 1:58 動いていても気づかない 4:28 光の速さは何に対してか 8:14 二つの決まりがぶつかる 10:19 同時は人によって違う 12:21 光の時計 16:22 空から降ってくる証拠 20:00 お互いに遅れて見える 22:30 長さも縮む 23:52 時間と空間はひとつ 27:22 光より速く行けないわけ 29:37 エネルギーと質量は同じもの 33:36 落ちる人は重さを感じない 36:35 重力は時空のゆがみ 39:48 ポケットの中の相対性理論 41:48 まだ分からないこと 43:07 おわりに ■ 出典（2026年10月2日に確認） ・A. Einstein「Zur Elektrodynamik bewegter Körper」(1905)／「Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?」(1905)（英訳 fourmilab.ch） 　https://www.fourmilab.ch/etexts/einst... 　https://www.fourmilab.ch/etexts/einst... ・A. A. Michelson, E. W. Morley「On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether」(1887) ・J. C. Hafele, R. E. Keating「Around-the-World Atomic Clocks」Science 177 (1972) ・C. W. Chou ほか「Optical Clocks and Relativity」Science 329 (2010)／NIST「NIST Pair of Aluminum Atomic Clocks Reveal Einstein's Relativity at a Personal Scale」 　https://www.nist.gov/news-events/news... ・W. Bertozzi「Speed and Kinetic Energy of Relativistic Electrons」American Journal of Physics (1964) ・F. W. Dyson, A. S. Eddington, C. Davidson「A Determination of the Deflection of Light by the Sun's Gravitational Field」(1920) ・S. Dürr ほか「Ab Initio Determination of Light Hadron Masses」Science 322 (2008) ・理化学研究所「18桁精度の可搬型光格子時計の開発に世界で初めて成功」(2020・東京スカイツリーでの実験) 　https://www.riken.jp/press/2020/20200... ・N. Ashby「Relativity in the Global Positioning System」Living Reviews in Relativity (2003) 　https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles... ・R. Pogge「Real-World Relativity: The GPS Navigation System」(Ohio State University) 　https://www.astronomy.ohio-state.edu/... ・BIPM「Metre」　https://www.bipm.org/en/si-base-units... ・CERN「Facts and figures about the LHC」　https://home.cern/resources/faqs/fact... ・HyperPhysics「Muon Experiment in Relativity」　http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/... ・国立天文台 天文学辞典「特殊相対性理論」「一般相対性理論」「等価原理」 ・Wikipedia「Time dilation」「Experimental testing of time dilation」「Michelson–Morley experiment」「Einstein's thought experiments」「Galileo's ship」「Twin paradox」「Mass–energy equivalence」「Eddington experiment」「Tests of general relativity」「General relativity」「Global Positioning System」「Hafele–Keating experiment」「Hermann Minkowski」「Lorentz ether theory」「Muon」「Proton」「Quantum gravity」「First observation of gravitational waves」「Gravitational lens」「Event Horizon Telescope」「Black hole」「光速」ほか 図は模式図で、光の速さ・時計の遅れ・曲がり方などは大きく描いています。双子の計算は、加速にかかる時間を考えない計算です。地図・サムネの絵はイメージです。 ■ 素材 写真・絵：Wikimedia Commons（東京スカイツリー Kakidai（CC BY-SA 3.0）、LHCのトンネル Maximilien Brice／CERN（CC BY-SA 3.0）、M87のブラックホールの影 Event Horizon Telescope（CC BY 4.0）、旅客機 CC0、アインシュタイン・マクスウェル・ガリレオ・『天文対話』の扉・マイケルソンとモーリーの装置の図・ミンコフスキー・ローレンツ・1919年の日食・ワシントン山の版画・キログラム原器の複製・アインシュタインリング（ハッブル宇宙望遠鏡）・国際宇宙ステーション・LIGO・地球（Blue Marble）・太陽（SDO/AIA）はパブリックドメイン） BGM：OpenTracks「アトリエと電脳世界」しゃろう／「間接照明とブラックコーヒー」オオヒラセイジ／「Laze Around At Home」ハモおた／「Nine Jack」まんぼう二等兵 #相対性理論 #ゆっくり解説 #物理