■ほな、相対性理論っちゅうのを簡単に説明するで

まず「特殊相対性理論」からやけど、これは光の速さがどんな状況でも変わらんってことが基本やねん。

たとえば、電車が走っとる中で懐中電灯を前に向けて光らしても、外でじっとしてる人が見た光の速さも同じやねん。

普通やったら、電車の速さも加わるんちゃうかって思うやろ？

でも光の速さだけは、どんなに速く動いても変わらんのや。

ほんで、この理論やと「時間」や「空間」も相対的に変わるっちゅうことになる。

速く動くほど時間が遅くなるんや。これを「時間の遅れ」っていうねん。

例えて言うたら、宇宙船でめっちゃ速く移動してる人は、地球におる人に比べてゆっくり年を取る、みたいな感じや。

次に「一般相対性理論」やけど、こっちは重力が関わってくるねん。

簡単に言うたら、重いもんが空間をぐにゃっと曲げるっちゅうことや。

たとえば、地球みたいなでっかいもんがあると、その周りの空間が曲がって、そこに他のもんが引っ張られるから「重力」が生まれるんや。

まあ、ざっくり言うたらこんな感じやけど、ほんまはもっと複雑なんやで。

（もう少し詳しく教えてください）

ほな、もうちょっと深くいこか。

まず、「特殊相対性理論」についてやけど、これを理解するには「光の速さが一定」っちゅうのがどんだけすごいことか、ちゃんとわかっとかなあかん。

普通の物体は、速く動けば動くほど、その速さは他のもんに足されるやろ？

例えば、車が時速50キロで走っとって、その車の上からボールを前に時速20キロで投げたら、ボールは時速70キロで進むことになる。

せやけど、光は違うんや。どんな状況でも、どんなに速く動いとっても、光の速さは毎回秒速約30万キロメートルで一定やねん。

これがアインシュタインの言うた「光速度不変の法則」や。

ほんなら、何が変わるんや？って話やけど、答えは「時間」と「空間」や。

時間の遅れと長さの縮みっちゅう現象が出てくるねん。

速く動けば動くほど、時間は遅く流れるし、移動してる方向の長さは縮んでしまう。

これを「ローレンツ変換」っちゅう数式で説明できるんや。

具体的な例を出すと、もし君が光の速さにめっちゃ近いスピードで宇宙船に乗って1年旅したとしようや。

地球におる人らからしたら、その1年が例えば10年にも20年にも感じられるかもしれん。

つまり、君は歳をとらんけど、地球では時間がめっちゃ進んどるわけや。これが「時間の遅れ」や。

ほんで、次は「一般相対性理論」やけど、これはもうちょっと難しい話やねん。

特殊相対性理論は光とかスピードに注目してたけど、こっちは「重力」に焦点を当てとるんや。

重力っちゅうのは、普通に考えたら物体が引っ張り合う力やと思うやろ？でもアインシュタインはそれを「空間と時間が曲がるせい」やって言うたんや。

地球みたいな大きな質量を持っとるもんは、その周りの空間をぐにゃっと曲げるんや。これを「時空の歪み」っちゅうねん。

で、その歪んだ空間に沿って、他の物体が動くことで、まるで引っ張られてるように見えるっちゅうわけや。これが「重力」の正体や。

アインシュタインが思いついたおもろい例え話があんねん。

ゴムシートの上に重いボールを置いたら、シートがへこんで周りにくぼみができるやろ？そのくぼみに他の小さいボールを置くと、転がって重いボールに引き寄せられる。これが重力のイメージや。

太陽とか地球みたいなでっかいもんが周りの時空をへこませて、そこに他の天体が引っ張られるわけやな。

しかも、この理論によると、時間も重力の影響を受けるんや。

重力が強い場所ほど時間はゆっくり流れる、これを「重力による時間の遅れ」っちゅうねん。

例えば、地球の表面におる人と宇宙の遠くにおる人では、地球の表面のほうが重力が強いから、時間がわずかに遅く流れるんや。

これらの理論がなんで重要かっちゅうと、GPSとか人工衛星みたいなもんは、めっちゃ速いスピードで地球の周りを回っとるやろ？

そのために時間が遅くなってるし、地球の重力も影響を与えとるんや。

せやから、相対性理論を使ってそのズレを計算して補正せんと、正確な位置情報は得られへんねん。

ほんなわけで、相対性理論っちゅうのは、宇宙全体の「時間」や「空間」、そして「重力」がどう動くかを説明するめっちゃすごい理論なんや。

（では最後に、相対性理論と超ひも理論の関係を教えてください）

ほな、今度は相対性理論と超ひも理論の関係を話していくで。

まず、相対性理論っていうのは、さっきも話した通り、重力を扱う理論やね。

特に「一般相対性理論」やと、重いもんが時空を曲げることで重力が発生する、っちゅうふうに説明しとるわけやな。

これは大きなスケール、例えば星とか銀河、宇宙全体を説明するのにめっちゃ強力な理論や。

けどな、宇宙には重力だけやなくて、他にも4つの基本的な力があんねん。

重力に加えて、電磁気力、強い核力、弱い核力っちゅうもんがあるんや。

相対性理論は重力には強いんやけど、他の力、特に小さいスケールの話になってくると話がちゃうねん。

原子とか素粒子みたいなめっちゃ小さいもんを扱うのは量子力学っちゅう別の理論が必要になる。

ここが問題なんや。相対性理論と量子力学っちゅうのは、どっちもめっちゃ成功してる理論やけど、整合性が取れへんねん。

大きいスケールやと相対性理論、小さいスケールやと量子力学、って分かれとるわけや。

でも宇宙全体を一つの理論で説明したいなら、両方をつなげる必要がある。

これを統一理論とか万物の理論っちゅうんやけど、これがまだうまくいってへんねん。

そこで出てくるんが超ひも理論や。

超ひも理論っていうのは、宇宙にある全ての物質や力が、ひも状のものからできてるっちゅう考え方やねん。

普通、素粒子は点みたいなもんやと思われとるやろ？でも超ひも理論では、実はそれがめっちゃ小さい「ひも」やっていうんや。

このひもが振動することで、違う性質の粒子になったり、力を生み出したりするっちゅう考え方や。

なんでこれがすごいんかっていうと、この理論は重力と量子力学を一緒に扱えるんや！

つまり、相対性理論で扱ってた重力も、量子力学で扱ってる小さいスケールの現象も、ひもの振動っていう一つの仕組みで説明できるようになるかもしれんって話や。

相対性理論と量子力学の一番の問題は、重力を量子化できひんってことや。

量子力学は確率的な世界やけど、相対性理論は連続した空間を扱う理論やから、この2つが衝突してしまうんや。

特に問題になるんが、ブラックホールとかビッグバンみたいなめっちゃ極端な状況や。

そこでは重力もめっちゃ強くなるし、量子効果も無視できへん。せやけど、これらを同時に説明できる理論がまだないんや。

そこで超ひも理論が登場するんやけど、ひもがめっちゃ小さいスケールでは、重力の量子化も可能になるっちゅうわけや。

つまり、相対性理論が扱ってる「大きなスケールでの重力」と、量子力学が扱う「めっちゃ小さいスケールの力」を同時に説明できるっちゅうことや。

ただしやな、超ひも理論はまだ理論段階で、実験で直接確認されたわけやないんや。

それに、超ひも理論が正しいと仮定すると、宇宙には我々が感じ取れん11次元も存在するっちゅう話になる。

今のところ、わしらが日常的に感じるのは3次元の空間と1次元の時間だけやけど、残りの次元はめっちゃ小さく「巻き込まれて」るから見えへんらしい。これが正しいかどうかもまだわからんのや。

まとめると

•相対性理論は重力を説明する強力な理論やけど、量子の世界では問題がある。

•超ひも理論は、相対性理論と量子力学を一つの理論でまとめようとするもんで、ひもの振動で全てを説明できるかもしれん。

•ただ、超ひも理論はまだ理論の段階で、実験的には確かめられてへんし、11次元の宇宙とか、ちょっと奇抜な要素も含まれとる。

超ひも理論がほんまに正しいんかどうか、まだまだ謎が多いねんけど、もし解けたら宇宙の全てが一つの理論で説明できるようになるかもしれんって、めっちゃ壮大な話やな！

（追記の愚痴）

https://anond.hatelabo.jp/20241008145649

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