世にも不思議で美しい「相対性理論」

物理学の大テーマである、アインシュタインの「相対性理論」をトコトンわかりやすく解説する。


根本的な世界の成り立ちから、ノーベル物理学賞ほぼ確実の重力波観測、ブラックホールの秘密、タイムトラベルの可能性まで見えてくる！





【目次】


第1章 相対性理論って、いったい何なの？　―相対性理論の基礎知識


・相対性理論は「時空の物理学」である　―「役者」だけではなく「舞台」もキャスト？


・2種類の相対性理論　―時間・空間・物質の真の関係が明らかに！


・相対性理論から広がる世界　―未知の物理現象を次々と予言





第2章 時間の流れ方は人それぞれ　―特殊相対性理論の世界


・光の速度が常に一定に見える不思議　―光はニュートン力学の異端児


・アインシュタインが示した「同時刻の相対性」　―「同時だったよね？」「いや、同時ではないよ！」


・動いている時計はゆっくり進む　―時間の遅れは「お互いさま」


・「長さ」も運動によって変わる　―素粒子の寿命の変化が教えてくれること


・物質が秘める巨大なエネルギー　―なぜ、ロケットを光速以上に加速できないのか？





第3章 物質と時空は不可分である　―一般相対性理論の世界


・特殊相対性理論をバージョンアップしよう　―加速度運動や重力も取り扱える理論を作る


・加速度で重力を消すことができるか？　―自由落下する飛行機の中で起きること


・物質があると周囲の時空が曲がる　―重力は時空の曲がりが生み出す力だった！


・一般相対性理論を検証する　―日食の観測で時空の曲がりを確かめる


・重力は時間の進み方を遅らせる　―相対性理論に基づく補正がGPSを支える


・双子のパラドックスを解き明かす　―宇宙旅行をすると歳をとらない？





第4章 重力の極限を探る　―相対性理論とブラックホール


・一般相対性理論から予言されたブラックホール　―重力の強さと脱出速度の関係


・ブラックホールは星の死後の姿だった　―星の進化とブラックホール


・ブラックホールの構造を探る　―命知らずの宇宙飛行士、ブラックホールを探検する


・ブラックホールの内部はどうなっている？　―すべての物理法則が破綻する奇妙な点


・ブラックホールから脱出することができる？　―回転しているブラックホールの構造


・ブラックホールが蒸発する　―ブラックホールに量子論を適用する





第5章 宇宙は膨張していた　―相対性理論と宇宙論


・アインシュタインが考えた宇宙の姿　―宇宙を「永遠不変の存在」と考える


・宇宙膨張の証拠が発見される　―ハッブルの法則が意味すること


・宇宙の「形」からわかる宇宙内の物質・エネルギー量　―宇宙の曲率が示すもの


・宇宙は火の玉のような状態で始まった　―ビッグバン宇宙論の登場


・宇宙は生まれてすぐに急膨張を遂げた　―素粒子論的宇宙論の登場


・宇宙の「本当の始まり」を求めて　―最新理論が説明する宇宙誕生の様子


・宇宙の年齢は138億歳だった　―観測的宇宙論による宇宙年齢の決定





第6章 重力波天文学が拓く未来　―ついに解けた！ アインシュタイン「最後の宿題」


・重力の変化を伝える波・重力波　―予言から100年後の初直接観測


・間接的に証明されていた重力波の存在　―連星パルサーの重力波放出


・重力波の直接観測に挑む　―重力波望遠鏡のしくみ


・初の重力波GW150914の正体　―連星ブラックホールから発生した重力波


・原始重力波を探す　―インフレーション理論の「ダメ押し」となる証拠





第7章 タイムトラベルの可能性　―相対性理論は時間旅行を禁じていない


・未来へのタイムトラベルは頻繁に行われている　―高速移動や重力の影響で未来の世界に行ける


・過去へのタイムトラベルと因果律　―未来が過去へ影響することは起こりうる？


・過去へのタイムトラベルの実現方法を探る　―カギとなるのは超光速移動


・ワームホールとタイムトラベル　―時空の虫食い穴を通って過去を訪れる


・因果律の問題をどう解決するか　―訪れたのは別の宇宙の過去だった？