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相対性理論を提唱したアインシュタイン

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物理学の大転換

アイザック・ニュートンの力学は、さまざまな物理現象を説明することに成功しました。一方で、物理学が発展するにつれ、そのほころびも見え始めてきたのです。例えば、光の速度の問題もそのひとつです。ニュートン物理学に基づけば、絶対的な時間、絶対的な空間の中で運動している物体から光が放たれれば、その物体と観測者の相対関係によって光の速度が速くなったり遅くなったりして見えるはずです。しかし、1887年に行われたアルバート・マイケルソンエドワード・モーリーによる実験ではそのような現象は観測されず、矛盾が生じていたのです。

そのような状況に革命をもたらしたのは、アルバート・アインシュタインでした。1905年に発表された特殊相対性理論で、アインシュタインは、光の速度はどの観測者から見ても一定であることを前提にして、物理法則がどの慣性系でも同じ形式で表される理論をつくりました。さらに1916年にはこれらの考えを進めて、慣性系のみならず一般座標系を包括する一般相対性理論を発表しました。

現代天文学の基礎となる相対性理論

一般相対性理論は、それまでのニュートン力学で説明できなかったさまざまな現象の説明に成功しました。例えば、水星の軌道には毎年少しずつ近日点が移動するという現象がみられますが、ニュートン力学に基づく計算では、この移動量を説明することができませんでした。アインシュタインの一般相対性理論に基づいて太陽の重力場の影響を計算すれば、この近日点の移動量をちょうど説明できることが分かりました。

また、一般相対性理論はそれまでの常識を打ち破るさまざまな現象の存在も予言しました。例えば、光でさえも吸い込んでしまうブラックホールの存在の可能性や、重力場では時間が遅くなるといった現象です。このような日常的感覚からすれば奇異に感じられる現象が起きていることを一般相対性理論は示しています。

アインシュタインの打ち立てた相対性理論は、その後の天文学の発展の基礎となっていきます。特に、宇宙全体の枠組みが語れるようになったのは、相対性理論の大きな成果だと言えるでしょう。