ジャニオタ×物理004: ジャニーズで紐解く相対性理論と量子力学

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 θ、φ、Φ、ψ…物理に馴染みがある方にもあまりない方にも、得体の知れないテーマが相対性理論量子力学ではないだろうか。これからこの二つのテーマを、ジャニーズを使って出来る限り分かりやすく説明していく。

 「アイドルのスキャンダルってそもそもホント?ガセ?」「ジャニーさんが観覧に来るとアイドルたちはどうなるの…?」などのテーマに一度でも興味を持ったことがあれば、量子力学の概念はざっくり分かる。

それでは早速、スタート!

 

ジャニオタ×物理前回記事はこちら

ジャニオタ×物理003: 「ビリビリせえへん?」攻略!ペンライト - いたれりつくせり。

 

 相対性理論

 (概念の話なので、頭が痛くなる方は「流星くんに〜」まで読み飛ばすことをおすすめします)

 アインシュタインの理論のひとつで、恐らく「聞いたことある…」と思われる方も多いだろう。

 相対性理論とは、「時間も距離も相対的である=絶対ではない」ということ。つまり、同じ「1時間」という時間の長さも、「1m」という距離も、誰が、どこから見るかという観測者の視点によって変わりうる、ということ。講義を受けるのと、コンサートに参戦するのでは、同じ「2時間」でも感じ方が全く違う、というとなんとなく体感しやすいだろうか。

 よって、量子力学の質問を解くには、「どこを基準点としているか」がとっても大事になる。ただ、光の速度は絶対であり、どんな状況下でも変わらない。*1 

 ではなぜこれが普通の人には馴染みがないか。これは、私たちが地球という星で普通に生活している以上、お互いの相対速度が大きくは変わらないからである。ところが、光に近い速度で物体が進むと、徐々に観測者とその物体間で、時間と距離の「ズレ」が出てくる

 このズレ、時間の遅れと長さの縮みの割合というのは、ローレンツ因子によって求められる。

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 そしてこのローレンツ因子を、それぞれ時間と距離にかける、割ることで、時間と距離のズレを求める事ができるのである。

距離のズレ      f:id:niseri1012:20160320132314p:plain

時間のズレ      f:id:niseri1012:20160320132311p:plain

 

流星くんにちびりゅ(大西流星)の衣装を着せてみる

 それでは、ローレンツ因子の式を使って長さの縮みを実証するため、直属の後輩である大西流星くん(まいジャニ初登場時身長147cm)の衣装を、ジャニーズWEST藤井流星くん(身長180cm)に着てもらおう。二人の身長差は約33cm。

私たちにどう見えるか
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問: 身長1.80mの藤井くんが大西くんの服を着るため加速し、「観測者の私たち」から身長1.47mまで縮んだように見えるとき、藤井くんは光速の何倍の速度で進んでいるか。

  答:「静止時の長さ Lo」「見える長さ L」が分かっていて、求めたいのは「その長さに見えるために必要な速度 v」。先ほどの距離のズレの式に数字を代入、γvを求めそこからvを求める。cは光の速度である。*2

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 藤井くんが光速の0.58倍の速度で進めれば、大西くんの衣装を着ることができる。

藤井くんにはどう見えるか

 さて、相対性理論が面白くなってくるのはここから。

 定点で観測している私たちからは藤井くんが縮んでいるように見えるが、藤井くんにとって自分自身は静止状態で大西くんの衣装が光速の0.55倍でこちらに向かってきており、1.47mよりも縮んでいるようにみえるのである。

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問: 身長1.80mの藤井くんが大西くんの服を着るため加速し、「観測者の私たち」から身長1.47mまで縮んだように見えるとき、「藤井くん」にとって大西くんの衣装はどう見えるか。

今度は「静止時の長さ Lo」、「その長さに見えるために必要な速度 v」の二つが分かっていて、求めたいのは「見える長さ L」

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f:id:niseri1012:20160319130242p:plain  藤井くんにとって、この服は120cm程に見える!120cmというと、小学1~2年生の身長の平均。「やばいこんなんじゃ服破ってまうわ…」と思うに違いない。

 

量子力学 

 (概念の話なので、頭が痛くなる方は「1. アイドルの熱愛発覚」まで読み飛ばすことをおすすめします)

 量子とは、物体の中でも最小の単位。量子双対性といわれるように、光と波、両方の習性を持つ小さい物体である。そして、この物体の双対性ゆえに、「不確定性」というものが起こる。興味がある方は、こちらの5分のビデオがおすすめ。*3

   www.youtube.com 

不確定性原理の式はこちら。

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 量子力学のテーマの一つとして最も大事な不確定性原理シュレーディンガー方程式を説明するのに使われる、「シュレーディンガーの猫」の思想。ざっくり説明すると、「観測者」という存在の有無が結果を左右するが、観測しなくては結果がどちらか分からないので…というような話。この「シュレーディンガーの猫」をジャニーズverにアレンジしてみる。 

1. アイドルの熱愛発覚

画像はワイドショーを賑わす夜の密会写真素材|フリー写真素材・無料ダウンロード-ぱくたそから。実際のスキャンダルではない。

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 ある日起きると、あるアイドルが週刊誌に熱愛を撮られていた。

アイドルのプライベートは基本的には闇に包まれているため「アイドルが恋をしている」という事実は、噂でも情報垢でもなく、週刊誌に目撃され、スクープされるか、されないかのみで決定する

 つまり、アイドルのプライベートが闇に包まれている状態では、アイドルは熱愛をしていながら、同時に熱愛なんて全くしていないのである。

 一度観測結果=スキャンダルが出てしまうと、もう結果が出てしまったあとのため、ファンたちは「闇に包まれていたときの状態」を正確に知り得ることは不可能である。いつから付き合っていたのか?そもそも本当に付き合っているのか?ガセなのか?…などといった疑問は、結果を前には全く意味がなくなってしまう。

 ただし、同じ理論がそもそも週刊誌記者に当てはまる。実際にあるアイドルに彼女がいるか気になって、ある週刊誌記者が彼を一日つけたとしよう。「彼(アイドル)を一日つける」という週刊誌記者の行動は、アイドルの行動を変える。よって、その日一日がクロであったとしてもシロであったとしても、週刊誌記者の尾行という影響を確実に受けている以上、その結果に全く意味はない。もう一度いおう、そのスキャンダルに全く意味はない。週刊誌記者がそこの地点でカメラを持って構えていなければ、アイドルは熱愛をしていながらしていないという状態で、週刊誌記者のせいで、アイドルは「熱愛をしている」という結果に導かれてしまっているのである。 

2. ジャニーさんの観覧 

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 最近急に推されはじめたジュニアのあの子…一体何があったのか?

 「アイドルが推される」という事実は、ほぼほぼジャニーさんに見つかるか、見つからないかのみによって決定される。

 一度推されが決定され、強力なプッシュが始まってしまうと、もう結果が出てしまったあとのため、ファンたちは推されたきっかけが何なのかを正確に知り得ることは不可能である。

 ジャニーさんが現場に入るとしよう。「あるステージを観覧する」という彼の行動は、アイドルとファンの行動を変える。よって、ジャニーさんの観覧という影響を確実に受けている以上、その会場(クリエであったり、松竹座であったり、帝劇であったり)はいつもの会場でありながら、同時にいつもの会場ではない。ファンたちもいつもより声を大きく出したり、アイドルたちがなぜだか緊張している様子であったり、アドリブが少なかったり、おふざけが少なかったり…ジャニーさんは普段の彼らが見たいのに、観覧に入るという事実こそが「普段=観覧に入っていないときの彼ら」という状況の観測を不可能にしているのである。

  

 以上の二つが、不確定性原理につながるたとえである。喩え話をしてみると、複雑ではあるけれどなんだか考えたことあるような理論だというのはお分かりいただけただろうか。

最後に

 もはやジャニオタ、というよりかは、ジャニーズを使って物理の概念を説明している。とにかく、物理に少しでも興味を持っていただけると本当に嬉しい。物理があまりにも高難度(に感じてしまいがち)なのはギリシャ文字や英文字の多さだと聞いていたので、数字見たら分からないけど概念は理解した!と思っていただけると、いいなあ…。

 

次回予告

 ジャニオタ×物理005: 静止物の示力図

 更新予定日:???(ペースが落ちますが、再来週までには。)

やって欲しいテーマなどありましたらお気軽にコメント・リプなどください。

ご意見・ご感想大歓迎です。

 

ローレンツ因子 - Wikipedia

シュレーディンガーの猫 - Wikipedia

 

*1:光速度不変の原理

*2:約3.00*10^8m/sだが、今回は計算上「光速の倍数」を求められているため、cのままで計算する。

*3:まさかの日本語訳があって感動