アインシュタインの「双子のパラドックス」を5分のアニメで(動画)

2011.02.23 14:00
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アインシュタインの「双子のパラドックス」理論って超難解!
全部わかったと思うたび別の疑問が湧いてきてスッキリしないんですよね!

「双子のパラドックス」は、「双子の片方が宇宙を旅して地球に戻ってみると、地球に残った双子の方がずっと年取っていた。なぜでしょう?」という特殊相対性理論の思考実験なわけですが、これをVESYuanjian Luoさんがアニメで簡単に説明したのが上の動画「A Tale of Two Twins」です。

[訳]
 


「ある双子の物語」

むかしむかしあるところに
そっくりな双子ちゃんがいました

(ただし中身は全然似てなくて)
片方は地球に落ち着いた暮らしが好き
もう片方はもっとワイルドで冒険が大好き

ある日ワイルドな方は深宇宙の旅に出ることにします
別れを惜しむふたり

ロケットは光速近いスピードで
地図のない暗い宇宙の彼方目指してまっしぐら

5年後、無性に双子が恋しくなってUターンし
今度は故郷目指してまっしぐら進み
5年後、やっと地球に帰還します

着陸すると長いこと会ってない双子に再会しようと飛んでいったのですが、
そこで待っていたのは、すっかりおじいちゃんになった双子でした

10年飛び回ってる間に地球では50年の時が流れていたのです
こうして彼も、冒険なんかよりもっと大事なことがあることに
ようやく気づきましたとさ。

おしまい

---

男の声「ちょ、ちょっと待った! 最初は同じ歳だったんでしょ? なぜそんなに歳が離れちゃったの?」

ナレーション「時間の歪みが起こったんだね。時計じゃ説明が難しいので列車で説明しようか。

ものすごい高速で移動する電車にワイルドな双子が乗ったとする、定住型の双子を置いて。車内に電球が固定されていたとして、冒険派の双子から見ると、電球の光は電球から出て天井にぶつかって落ちて元に戻るだけだ」

男「うん...そうね」
ナ「だけど定住型の双子から見たら全然違うよね。電球の光は電車の進行方向に斜め上に進んで斜め下に落ちるように見える...」

男「ああ、移動中の車の中で玉を放り上げると単に掌からポンと上がって落ちるだけだけど、車の外から見ると車の移動距離も加わってもっと長い距離移動して見えるのと一緒ね」

ナ「その通り。ただしボールの速度は光と違って、時間の歪みはないんだ。車が停止中はボールは上下に動き、車が移動中は斜めに動く。斜めに動く方が同じ時間でもっと長い距離移動するんだから、スピードは速い。でも、光は違う。光はどんな状況でもC=30万km/s。同じ速度で進む(光速度不変の原理)。

つまり電車の電球に話を戻すと、冒険派の双子が見る光も定住派が見る光も速度は一緒で...定住派の双子が見る光の方が戻るまで長い時間がかかる...つまり電車内の時間に歪みが生じる、というわけさ」

男「それって車の中に電球置いても通用する理屈なんじゃないの?」
ナ「そう。ただ車のスピードに比べると光はほぼ瞬時だから、理屈の上では時間の歪みは車内でも起こってはいるんだけど誰もそれに気付けないってことだね」
男「へー。じゃあ、あるフレームが他のフレームから見て相対的に動いてると時間の歪みは生じちゃうってことね」

ナ「ただし問題が...。フレームが動いてるだけじゃ十分じゃない。『慣性系』...つまり一定速度で移動する座標系じゃないとだめなんだ。速度が変わる『加速座標系』では時間の歪みは起こらない...」

男「はは~ん。じゃあ、双子がUターンした時にいったん止まって加速したかどうかも考えないとね」
ナ「そうなんだ。あとロケットの冒険派から見ると地球も加速してる風に見える、という議論も成り立つでしょ。ロケットが物理的に加速してる場合だけ加速が起こるのであってその逆は成り立たない、という言い方も」

男「ふ~む。僕は相対的なものは全部、お互い相対的なんだと思ってたよ」
ナ「全部...相対的に言ったら全部かな。ともあれ相対性の話となると、いろいろクレイジーな現象が起こっているんだよね」

男「そう言えばさっきから小人のキャラクターがページからページに動きまわって、なんかやってるもんね」
ナ「は? ...それは君ひとりの幻覚でしょ」
男「え? あれ見えないの? 僕だけか?」
ナ「アニメーションスタジオにどっぷりだったもんね、ちょっと寝た方がいいよ、バイバイ」


[Kuriositas via Neatorama]

Casey Chan(原文/satomi)
 

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双子のパラドックスの論理




 

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