元スレ【物理】地上の原子時計で相対性理論を確認
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1 = :
階段を高い位置まで登ると、階段下の人に比べてわずかに老化が早まるという。一体どういうことだろうか。
最近アメリカの研究チームにより、アインシュタインの相対性理論が主張する時間の歪みの効果が、
初めて地上で確認された。冒頭に述べたことは、この実験結果から導き出された事実である。
アインシュタインの特殊相対性理論によると、各物体の時間の進み方は一定ではなく、
その速度に応じて変化する。具体的には、観測者から遠ざかるように移動する時計は、
観測者に対して静止している時計よりも進み方が遅くなる。
それでは、双子の一方が地球に留まり、もう一方が高速のロケットに乗って宇宙を飛行したあと
地球に帰還したとすると、両者の年齢は果たしてどうなるだろうか。
結果は、前者よりも後者の方が若くなる。これが「双子のパラドックス」と呼ばれる有名な思考実験である。
また一般相対性理論では、重力によっても時間の進み方が変化するとされている。
この研究に参加したアメリカ国立標準技術研究所（NIST）のジェームズ・チンウェン・チョウ氏の
説明によると、「重力が大きいほど時間はゆっくりと進む」のだという。
速度や重力の影響で時間の進み方が遅くなることは、地上設置の時計と、はるか上空を飛行する
宇宙船や人工衛星（GPS衛星など）に搭載した時計との比較実験によって確認されている。
今回の研究では、こうした時間の遅れが地上でも観測できることが初めて明らかになった。
地球が物体に及ぼす重力（引力）は、その物体が地球の質量中心に近いほど大きい。
したがって質量が同じであれば、大気中に浮遊する物体よりも地表面の物体の方が、
地球から受ける重力はわずかながら大きくなる。
チョウ氏らの実験には、超高精度のアルミニウム原子時計が使用された。
2つの原子時計のうち一方を約30センチ上へ持ち上げ、両者に作用する重力の大きさを変えたところ、
持ち上げた方の原子時計の進み方が若干速いことが確認された。
また別の実験により、時計内部で時を刻むアルミニウム原子に対する相対論的な効果も測定した。
原子時計では、帯電した原子のエネルギーレベルが変化する際に放出・吸収される電磁波の
振動数（周波数）に基づいて時間が計測される。
研究チームは、2つの原子時計のうち一方のアルミニウム原子を静止したままにし、
他方のアルミニウム原子にはレーザー光を当て振動するようにした。
その結果、アインシュタインの理論どおり、原子が運動する原子時計の方が時間の進み方がわずかに遅くなった。
ただ、こうした時間の遅れはあまりに微小であるため人間が直接知覚できるようなものではない。
NISTによると、平均寿命近くまで生きた人でも、一生の間で生じる時間の遅れは900億分の1秒程度だという。
マサチューセッツ工科大学（MIT）の物理学者ダニエル・クレップナー氏は今回の研究結果を受け、
「相対論的な効果を利用しても、長生きできる訳ではない」とコメントした。
さらに同氏によれば、研究結果は既に広く認知されている相対性理論に即したものであり、
特に目新しい事実はないという。
「注目すべきはむしろ、原子時計の驚異的な精度の方ではないか」とクレップナー氏は話す。
今回の実験に使用されたような超高精度の原子時計に更に改良が加えられれば、
物理測地学の分野ではいずれ地球の重力場を極めて高い精度で計測できるようになるだろう。
物理測地学は、地球の質量分布を計算する上で重要な役割を果たす学問分野であり、
その応用として地球上に存在する水の分布や循環のしくみなどを特定することもできる。
「こうした時計を世界各地に設置してそれぞれの時間を比較できるようになれば、
物理測地学は革命的な進歩を遂げるに違いない」と、クレップナー氏は期待を語った。
▽ソース：ナショナルジオグラフィックニュース
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/news_article.php?file_id=20100924003&expand#title
・記事画像
2 :
GPSの時計が狂うのはこれが理由だったのか
3 :
空売り うまうまｗ
4 :
もう高層階は行けないな
5 :
＞一生の間で生じる時間の遅れは900億分の1秒程度
その900億倍でも何も気づかんわ
6 :
小型すれば高度計ができるな
7 :
> 「重力が大きいほど時間はゆっくりと進む」
正しくは重力ポテンシャルの低い位置ほど、だ。
8 :
>>4
長生きしたかったら逆じゃね？
高層階の方が長生き出来るんじゃね？
9 :
斜陽の分野に「物理」とつけると
あら不思議
先端領域になるんだよ
10 :
しゃようじゃ
12 :
>>2
GPS衛星の時計は相対論的効果を計算して相殺出来るように作ってあるよ
13 :
>原子時計の方が時間の進み方がわずかに遅くなった。
よくわからないが時間って論理的な尺度だろ。それを物理的な時計で
進み方が速いの遅いの観測できるの
14 :
明日から一階で寝ることにするわ
15 :
単位時間当たりの経験量は変わらないのだから、俺の人生には無関係。
16 :
宇宙船に乗った人が地球人を見る場合、
宇宙船は止まっていて、
地球が高速で宇宙船から離れていっているとは
解釈できないの？
17 :
理論上、ブラックホールでは時間が止まってしまう。
しかしブラックホールは常に物質を吸い込んでいる。
これを事象の地平線という。
18 :
>>16
宇宙空間に完全に静止した宇宙船の中にいる人と、地球上にいる人は双子のパラドックスに当てはめると地球上の人が若い。
19 :
>>16
どっちも言えます
何を基準にするか
20 :
>>19
それじゃおかしい。
光速で１０年移動した宇宙船の中のひとは年とらないけど
地球は１０年年とるんでしょ。
これが逆になることもあるっていうなら、両立はしない。
21 :
>>17
重力無限大の特異点ならわかるんだけど、
なんで事象の地平面で時間が止まるのだろうか。
22 :
っていうか、階段を高い位置まで登れば、疲労が階段下の人に比べて多いんだから、
わずかに老化が早まるのは当然だろ。ﾎﾞｹ。
23 :
まるっとワカラナイ
24 = 7 :
>>20
加減速せず単に慣性運動してるだけなら両立する。
25 :
北極点に住んでるほうが赤道直下にいるより長生きできるけど
い・や・だ
26 :
五階建て団地の五階に住んでいる俺ちゃんは階下の人より老けるのが早いってこと？
27 = 19 :
というか個人個人が感じてる時間は変わらないんじゃないすか
28 :
>>8
あ ほ
29 :
この太陽系を含む銀河系が高速移動している場合どうなるの
何を基準にするんだ
30 :
普段から逆立ちしていれば脳の老化は押さえられるのかあ
チンコ立たないのとボケとどっちがいいかな
32 :
何を今さらだな。
大昔、2台の原子時計を片方は地上、もう片方は飛行機で飛ばして
相対論通りの誤差が出ることを確認しているはずだよ。
33 = 21 :
>>29
基準は無い。
それが「相対」性理論の基本。
むしろ銀河系が静止してて全宇宙が逆向きに高速移動してると考えてもおｋ
>>32
今回のキーワードは「地上で」
34 :
「若干速いことが確認された」って、理論値どおり速くなったのか、
速くはなったけど理論値とはずれていたのかが重要なはずだけど、
そこをぼかして書いてるね。
気になる。
35 = 20 :
>>24
宇宙船の人が地球の人より１０歳余計に年取った
地球の人が宇宙船の人より１０歳余計に年取った
これがどうして両立するの？
36 = 29 :
水中でプロペラ回すみたいに
重力で時計の進行に負荷がかかってるだけじゃないかとか思ってしまう
37 = 20 :
＞宇宙船の人が地球の人より１０歳余計に年取った
＞地球の人が宇宙船の人より１０歳余計に年取った
これが両立するなら、今回の実験だって高いところの時計より
地上の時計のほうが早まったりするわけじゃん。おかしいじゃん。
まあ、実験は重力の差で速度じゃないからまた別なのかもしれんが。
38 = 7 :
>>35
おかしくはない、対称運動だからとうぜんだ。そもそも時間は相対的。
>>37
重力ポテンシャルの違いは非対称。
39 :
原子時計が重力に影響されるのと、時間のひずみの区別はついているのか?
別の減少で、パルスがずれる可能性は考えてないのか?
40 :
>>38
時間は相対的とかの説明じゃ意味わからん。
地球から亜光速でロケットが飛んでいって、戻ってきました、
宇宙船の中では時間の流れがゆっくりで、帰ってきたら地球の人はみんな自分より年をとってました。
↑
相対性理論的に、宇宙船を静止しているものと考えて、地球が亜光速で遠ざかっていって、
戻ってきたとすると、余計に年を取るのは宇宙船の方になるはず。
>>38が言うのが理屈では正しいんだろうけど、その理屈を普通の感覚で分かるように説明して欲しい。
41 = 7 :
>>40
> 戻ってきたとする
これが加速運動（故に、対称性が崩れる）。宇宙船からすると、地球を頭にして、下方向（反地球方向）に重力がかかってるのと等価。
重力井戸の底は時間が遅い。故に、宇宙船の時間は「遅れる」。
戻らず、慣性運動を続けるなら、対称性は維持され、互いに相手の時間が遅延しつづける。
43 :
特殊相対性理論って単に速度と時間がって解釈する人多いけど
光速度不変という理論を前提に考えるとわかりやすいと思うよ
どんなに外界が変わっても光速度は不変
つまり、空間または時間が変わるしかないってことだ
44 :
明確な事実がある。
ＰＣの前張り付きの動かないニートは活性酸素が作られず老化は遅くなる。
すなわち、ニートの時間は労働者より時計が進むのが遅くなると同じこと。
45 :
> 地球が物体に及ぼす重力（引力）は、その物体が地球の質量中心に近いほど大きい
仮に体重60kgの人が穴を掘って地球の中心付近まで行ったとすると、体重は何kgぐらいになるの？
46 = 15 :
>>53
>どんなに外界が変わっても光速度は不変
揚げ足とるようだけど、この文章は真理じゃない。媒質によって変わる。
真空中の光速度が不変。
47 :
>>40
車を運転していて急ブレーキを踏むと、運転手は身体が前のめりになるような力をうける。
これを地表が急に動いて車と同じスピードを得たのだと「相対性理論的に」考えても、
運転手が前のめりになるよな力が消えるわけではない。
つまり運動の変化が伴う場合には、相対性理論の「相対性」を額面通りに適用するわけにはいかない。
ロケットと地球の話では、
「相対的に見れば地球が行って戻ってくる運動をしている」と
「本当に地球が行って戻ってくる運動をしている」ははっきりと区別される。
後者であれば歳を取るのはロケットの側だが、前者だとそうではない。
49 = 20 :
つまり、「本当に地球が行って戻ってくる運動をしている」わけではないから
地球の人より宇宙船の人が１０歳余計に年を取ることはないってことだな。
それならわかる。
50 = 21 :
地球から見ると、宇宙船が加速してるように見える。
宇宙船から見ても、地球が加速してるように見える。
けれども加速度がかかるのは宇宙船の方だけ。
ところで宇宙の総質量の9割を使って宇宙船を作って加速しても、
やはり同じように宇宙船に加速度はかかるのだろうか？
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