質問: 重力による時間の遅れがわからない こんにちは。 重力が強いほど時間の流れが遅くなる理由について教えて下さい。 よく特殊相対論による時間の遅れについては、光時計の比喩で説明されていて分かるのですが 光速に近づくにつれて光線が斜めに伸びて、光線が戻ってくるまでに1秒以上かかります。 重力が強い程に時間の流れが遅くなるのをこの光時計の比喩でわかりやすく教えて下さい。 ちなみに『竜の卵』というsfでは中性子星にチーラという知的生物がいて 人類の100万倍の進化速度になる理由を教えて下さい。 設定では直径20kmで表面重力は670億g。 なぜ重力が強くて時間の流れが遅いのに、100万倍の速度なのかがわかりません。 地球時間では15分がチーラでは60年に相当するそうです。 だから人類の科学力をあっという間に追い抜いてしまうそうですw よろしくお願いします。
回答: 相対論では真空中の光速度が基準で、時間や空間(時空)は、光速度により変化します。 光も重力で自由落下します。もし重力源に逆らって光を放つ、つまり星の表面から光を放てば、真空中の光速度(秒速30万km)と自由落下する速度の合成(足算)になります。 これは水中での光の速度が遅くなるのとは異なり、時空の性質によるものです。そのため、光は相変わらず宇宙での特別の速度であり、やはり光は時間や空間の基準となります。 遠方から見て、星の表面から放たれる光が重力のために秒速15万kmとなるなら、星の表面での時間は、遠方から見ると半分の速さで進んでいます。なお、その星の表面で見れば光は(局所的には)秒速30万kmであり、自分の時間の速さが遅くなっているとは観測できません。それが一般相対論がいう、重力による時間の遅れです。 しかし、その星表面から遠くを観測すれば、自分より倍の速さで時間が進んでいることが分かります。相対速度を持つ者同士が、どちらも相手の時間がゆっくり進んでいると主張して、それがどちらも正しいという状況(特殊相対論がいう時計の遅れ)とは異なります。 >なぜ重力が強くて時間の流れが遅いのに、100万倍の速度なのかがわかりません。 そうなりません。中性子星表面の時間は、強い重力のため(赤道などだと速度の影響も少し加わる)、遠方に比べると遅くなっています。竜の卵に出てくる中性子星の知的生命体チーラはの生物的な感覚時間が速いのは、チーラがいわば巨大原子核が生物になったようなものだからです。 思考であれば、人間の脳は化学反応により思考しますので、光速度の制限はもとより、化学反応速度の制限を受けます。チーラは、それが原子核内の反応であるため、とてつもなく速くなっています(生きた量子コンピュータみたいな感じ)。 なお、チーラやその生活環境は、自然科学を度外視しての想像ではなく、中性子星表面で起こり得る反応を考慮して設定してあるようです。