文系でも"深く"分かった！ 相対性理論の解説【アインシュタイン】 - アイデア共有ブログ
特殊相対性理論には、２つの大きな柱があります。
１つ目は、「特殊相対性原理」
２つ目は、「光速度不変の原理」です。
特殊相対性原理とは
「どのような速さで動いても、自然の法則は同じように成り立つ」
と言う法則です。
もう１つの光速度不変の原理とは、
「どのような速さで動いても、光速は変わらない」
と言う法則です。
一般相対性理論には、また別な２本柱が存在します。
１つ目が、「一般相対性原理」。
２つ目が、「等価原理」です。
一般相対性原理とは、「誰に対しても自然の法則は同じように成り立つ」と言う原理です。
ここで言う「誰に対しても…成り立つ」と言うのは、
「動いている人だろうが、止まっている人だろうが、加速している人だろうが、減速している人だろうが、何をしている人だろうが」
誰がいついかなる状況で自然の法則を試したところで、全く同じ結果が出る、という意味です。
例えば、地球上に立っている人が、９．８ｍの高さからボールを落とした場合、ボールは１秒後に地面に落ちます。
そして、地球上を高速で移動している人が、９．８ｍの高さからボールを落とした場合も、ボールは１秒後に地面に落ちます。
これは、その人が加速していようが減速していようが、（一般的な地球上の環境である限り）自然の法則は変わらない、と言うことです。
これが、「一般相対性原理」です。
２つ目の「等価原理」と言うのは、上で述べた事そのまんまです。
すなわち、
「重力によって感じる『重さ』と、加速によって感じる『重さ』は同じ物である」
と言うことです。
空間は、このトランポリンに似ていて、質量の大きい物（＝重い物）があると、その周りがグニャッとゆがむのです。
光の速さは、秒速３０万ｋｍ。これは、何があろうと、真空中である以上、絶対に光は秒速３０万ｋｍで進みます。
これは、空間がゆがめられても同じ事。
そして、２点間の距離は、ゆがんでいない時よりも伸びているので、
光が２点間を移動する時間は、空間がゆがんでいない時に比べ、ゆがんでいる時の方が、やや長くなるのです。
光が２点間を移動する時間が長くなると、どうなってしまうのでしょうか？
実は、「光の速度が絶対ならば、何が起こるのか？」と全く同じ事が起こります。
つまり、空間のゆがみが激しいところの方が、同じ２点間を移動する時間が長くなるので、その分、時間が遅くなるのです。
特殊と一般の、いずれもアルベルト・アインシュタインにより記述された。まず、等速運動する慣性系の間において物理法則は互いに不変であるはずという原理（相対性原理）と光速度不変の原理から導かれたのが、特殊相対性理論である（1905年）。特殊相対性理論は、時間と空間に関する相互間の変換が、相対速度が光速に近づくと、従来のいわゆる「ニュートン時空」的に信じられていたガリレイ変換の結果とは違ったものになること、そういった場合にはローレンツ変換が正しい変換であることを示した（「ミンコフスキー時空」）。
続いて、等価原理により加速度によるいわゆる「見かけの重力」と重力場を「等価」として、慣性系以外にも一般化したのが一般相対性理論である（1915〜1916年）。
相対性原理（そうたいせいげんり, Principle of relativity）は、互いに運動する物体の座標系の間では、物理学の法則が不変な形を保つという原理。
http://d.hatena.ne.jp/d1021/20170717#1500288280
力学の基本法則は17世紀にニュートン力学として確立された。ニュートンは力学を構築するに当たって以下の絶対時間と絶対空間を仮定した。
ニュートン力学においてすべての慣性座標系は本質的に等価なものであるので、ニュートン力学においては空間に対して「絶対的に静止している座標系」といった概念は意味をなさず、あくまで「慣性系Aが慣性系Bに対して相対的に静止している」という概念のみが意味を持つ。このことから、力学の法則はすべての慣性座標系で同一であることが結論付けられ、この事実を ガリレイの相対性原理 (Galilean invariance) と呼ぶ。
ニュートンの言葉によれば、絶対時間はいかなる観察者とも無関係に存在し、宇宙のいかなる場所でも一定の早さで進んでいく。相対時間と異なり、絶対時間は知覚できるものではなく、数理的に理解するものだとニュートンは信じていた。ニュートンによれば、人間が知覚できるのは相対時間だけで、それは知覚可能な物体（月や太陽など）の運動を測定することと同義である。我々は物体が動くのを見て時間の経過を知るのである。
絶対空間とは、外部と一切かかわりなく、本質として不変不動を保つものである。相対空間とは絶対空間の中を動く一つの座標軸もしくは物差しである。われわれの知覚は諸物体に対する位置として相対空間を作り上げる。そして図々しくもそれを不動の空間とみなすのである。 ... 絶対運動とはある絶対座標から他への物体の移動、相対運動とはある相対座標から他への移動である。
この考え方が意味しているのは、絶対空間と絶対時間は物理的な事象に規定されるものではなく、物理現象が起きる舞台の背景幕やセットだということである。したがって、あらゆる物体には絶対空間を基準とするただ一つの絶対的な運動状態が与えられる。物体は絶対静止状態にあるか、もしくはある絶対速度で運動しているかのどちらかである。ニュートンは自説を補強するため経験論的な例をいくつか紹介している。たとえば、何もない場所に置かれた回転球体の赤道が膨らんでいれば、それが絶対空間中のある軸を中心として自転していることが察せられる。何もない場所に置かれた二体の球体をつなぐひもに張力がはたらいていれば、それらが重心を中心として絶対回転を行っていることが察せられる。
ただし湯川秀樹は、ニュートンは自然の空間や時間が本当は均一ではない、と睨んでいたからこそ、あえて自らの体系の中で仮想されている空間や時間を「絶対空間」や「絶対時間」と呼んだのだ、といったことを指摘している（出典:『湯川秀樹著作集』岩波書店）。
特殊相対性理論の登場まで、物理理論では空間と時間の概念は切り離されていた。特殊相対性理論はこれらを結び付け、どちらも観測者の運動状態に依存することを示した。絶対時間と絶対空間という考え方はアインシュタインの理論において特殊相対性理論の時空に置き換えられ、さらに一般相対性理論のダイナミックに曲がる時空に置き換えられた。
相対性理論では絶対的な同時性というものが存在しないため、絶対時間の存在を認めない。絶対的な同時性とは、異なる空間位置で起きた二つ以上の事象が同時だったことを、宇宙のどの観察者からも納得できる形で実験的に証明することを指す。相対性理論は情報伝達速度の上限が光速度だということを前提にしており、その一つの帰結として、異なる場所での同時性は必ず観察者によって相対的になる。
1920：エーテルを否定することは、突き詰めると空っぽの空間には物理的な性質が皆無だと考えることに等しい。これは力学の基本的事実と調和しない。実体を備えた系を真空中に浮かべると、その力学的なふるまいは、相対位置（距離）と相対速度だけでなく回転状態にも依存する。そして物理的な回転状態は系自体の属性ではないと考えていいだろう。ニュートンは系の回転を形式的にでも実体と見なすため、空間を物質のようにとらえた。絶対空間を実物体と同一視したことで、絶対空間に対する回転も彼にとってはやはり実体となった。ニュートンが彼の絶対空間を他ならぬエーテルと呼んでもおかしくなかった。ひとえに本質的なのは、加速度や回転を実体と見なすためには、観測可能な物体だけでなく、知覚にかからない別のなにかを実体と見なす必要があるということである。
http://d.hatena.ne.jp/d1021/20170619#1497869390
http://d.hatena.ne.jp/d1021/20170617#1497696716
http://d.hatena.ne.jp/d1021/20170720#1500546993
http://d.hatena.ne.jp/d1021/20170720#1500547005
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