相対性理論

一般相対性理論によって記述される、2次元空間と時間の作る曲面。地球の質量によって空間が歪むとして記述して、重力を特殊相対性理論に取り入れる。実際の空間は3次元であることに注意すべし。

相対性理論（そうたいせいりろん、（独: Relativitätstheorie、英: theory of relativity）または相対論は、特殊相対性理論と一般相対性理論の総称である。物理史的には、古典論に分類される物理の分野としては、最後の「大物」であった。量子力学と並び、いわゆる現代物理学の基本的な理論である。

特殊論・一般論ともアルベルト・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）。つまり、ニュートン力学において普遍的であった概念は破られたということである。

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）。

歴史

1905年、アルベルト・アインシュタインにより特殊相対性理論が提唱された。マックス・プランクは、当時無名だったアインシュタインの論文をいち早く取り上げ、同年から翌1906年にかけてのゼミナールでこの理論を検討し、1906年の会議で相対性理論を擁護した。このプランクの行動は相対性理論を科学者の間に広めることに貢献した。1906年の発表においてプランクは相対論（独: Relativtheorie）という表現を用い、 このセッションにおける議論の中でアルフレート・ブヘラによって、初めて相対性理論（独: Relativitätstheorie）という表現が用いられた。その後、アインシュタインは特殊相対性理論を発展させて、重力場を含めて取り扱うことのできる一般相対性理論を研究し、1916年の論文で重力場方程式であるアインシュタイン方程式の最初の定式化がなされた。1917年のアインシュタインの論文では、宇宙の大きさが定常になるような宇宙定数が追加された。しかし、エドウィン・ハッブルらの観測により宇宙が膨張していることが明らかとなり、宇宙定数が修正された。

特殊相対性理論

詳細は「特殊相対性理論」を参照

一般相対性理論

詳細は「一般相対性理論」を参照

日本での名称

大正年間に相対性理論が日本語に翻訳された時に、「相対（あいたい）」が男女の仲を意味し、かつ“性”の字がついていたため、世間の誤解を招いた。実際京都大学の教授が行なった講演会に対して社会的非難をあびせられたという。そのため当時は「相対原理」と訳した学者が多かった。

反「相対性理論」

相対性理論は、その意味することが正しく理解されたかということを別論として、物理学を始めとする自然科学の分野のみならず、社会的現象として広く受け入れられた。

その反面として、その結論に同意できない立場などが、科学的反論ではなく、反-相対性理論とでも言うべき一種の社会的運動となった。特に、これはアインシュタインがユダヤ系であり平和主義者であるということが、国家主義者に嫌悪され、第一次世界大戦にドイツが敗戦した後には、パウル・ヴァイラントによる、反相対性理論キャンペーンがはられたりもした。

物理学者の世界においても、ユダヤ的であるという理由でアインシュタインの業績を認めない、フィリップ・レーナルトやヨハネス・シュタルクらの「ドイツ物理学」の一派があった。彼らは、相対性理論の結果は認めるがそれをアインシュタインの成果としないという立場のゆえに、E=mc²の発見はフリードリヒ・ハーゼノールに帰せられるなどの主張を行い、アインシュタインを「ユダヤ物理学」として攻撃した 。

1921年にアインシュタインはノーベル物理学賞を受賞するが、これは光電効果の発見を理由としており、相対性理論を対象としての授与ではなかった。この理由の一つは、ノーベル物理学賞は、それによって人類が非常に大きな利用価値を得るような物理学の最近の発見に対して与えられるべきものとされるが、相対性理論は当初、新しい現象を主張するものではなく、それまでに知られていた多くの現象を統一的に、より簡単に理解する一つの原理を与えるものであり、これが「発見」と言えるか、また、利用価値があるものかは未知であった（「核分裂反応」の発見は1938年）。もう一つの理由として、相対性理論は、純粋物理学の理論であるにもかかわらず、すでに政治的論争の対象になっており、もしスウェーデン科学アカデミーが、相対性理論に対してノーベル物理学賞を与えるとなれば、同アカデミーも、その論争に巻き込まれる危険があったためとされる。

ドイツ物理学の一派は、ナチス政権が成立するとそれに同調したが、政権崩壊とともに勢力を失った。

実用

GPS

GPSは原子時計を使用しているが、衛星に搭載された時計は重力による時空のゆがみによって地上との時間の流れにわずかな差が生じる。それを補正するため一般相対性理論が使用されている。

参考文献

• メラー 著、永田 恒夫, 伊藤 大介(訳) 編 『相対性理論』みすず書房、1959年。 
• 矢野健太郎 『アインシュタイン伝』新潮社〈新潮文庫〉、1997年6月1日 （原著1968年）。ISBN 978-4101219073。 
• A.ヘルマン 『プランクの生涯』生井沢寛, 林憲二 訳、東京図書、1977年9月。 
• ジョン・L. ハイルブロン 『マックス・プランクの生涯―ドイツ物理学のディレンマ』村岡晋一訳、法政大学出版局、2000年10月。ISBN 978-4588006913。 

関連項目

• 特殊相対性理論
  • 二重特殊相対論
• 一般相対性理論
• アルベルト・アインシュタイン
• アインシュタインの原論文
• アインシュタイン塔