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特殊相対性理論のこと(おまけ) -視野の変化とスターボゥ- [科学]

やっと今日、確定申告が終わりました。還付金が戻ってくるまで安心は出来ませんが、とりあえず、一段落です。(^^)v

というわけで(なにが?)、そろそろまたマニアックなお話を始めようと思います。(^^ゞ 今日はその前哨戦と言うことで(笑)、復習もかねて特殊相対論のおまけのお話をさせてください。


以前、光に近いスピードで運動する場合、いろいろ奇妙なことが起きることを何回かに分けてお話ししました。ここでは実際に光のスピードに近い宇宙船の窓から、どんなものが見えるのかを想像してみましょう。

みなさんは「ドップラー効果」という言葉を聞いたことがありますか?

簡単に言うと、相対的に近づいてくる音や光の波長は短くなり、逆に遠ざかる音や光の波長は長くなる、という現象です。近づいてくるパトカーや消防車のサイレンは音程が高くなり、逆に遠ざかるサイレンは音程が低くなるというのが代表的な例ですね。

同じことが宇宙船でも起こります。宇宙船のスピードが上がるほど、前方にある星の光は、ドップラー効果によって波長が短くなり、どんどん青い色へと変化します(青方偏移)。逆に宇宙船の後方にある星はドップラー効果によって波長が長くなり、どんどん赤い色を帯びるようになります(赤方偏移)。

つまり、宇宙船の真正面にある星を中心に、前方の星はどんどん青みがかるようになり、逆に真後ろにある星を中心にどんどん赤みががって見えるようになります。それに伴って、その中間にある星々も青方偏移・赤方偏移を起こしますから、前方から後方に向けて、星の色が紫・藍・青・緑・黄・橙・赤と7色に変化することが考えられます。これがスター・ボゥ(星の虹)と呼ばれる現象です。

もうひとつ、興味深い現象が起こります。

みなさんは「光行差」という言葉を聞いたことがありますか?

今、雨が降っていると想像してください。風が吹いていなければ、雨粒は上から下へまっすぐ落ちますね。ですが、車や電車など、動いている乗り物の中からまっすぐ落ちる雨を見たらどうでしょう。乗り物のスピードが速いほど、雨粒は乗り物の進行方向から真横に降ってくるように見えますね。

同じことが光についても起こります。宇宙船が光のスピードに近づくほど、前方の星の光は光行差によって、さらに前方から迫ってくるように見え始めます。後方の星は逆にどんどん後ろに下がっているように見えるようになります。

この結果、宇宙船の中心より前の星は、宇宙船のスピードが上がるほど、どんどん前方に集約されていき、ついには前方のただ1点に集まってしまいます後方の星も同様に、すべて宇宙船の真後ろのただ1点に集中してしまいます

つまり、光のスピードで飛ぶ宇宙船から見えるのは、真正面に輝く青白い光と、真後ろに輝く赤黒い光だけです。それ以外には何もない漆黒の空間だけが広がっているわけです。


それぞれの星には固有の色がありますから、実際にスターボゥが見えるかどうかは定かではありません。ですが、すべての星の光が光行差によって宇宙船の真正面と真後ろに集約されるというのは、非常に興味深い現象だと思います。しかも特殊相対論のローレンツ短縮も加わりますから、現実にはもっともっと奇妙な見え方をするはずです。

さて。また頭の中に相対論の奇妙な世界が徐々に戻ってきたところで、もうひとつの相対論、すなわち「一般相対性理論」についてのお話を少しずつしていきましょう。(^^)


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コメント 7

そうですか、、、光の波長の差で色が変化して見えるのか・・・
N極とS極の間の磁力線みたいなものをイメージささりました。むむむ。これは続きが楽しくなってきましたよ☆
by (2005-02-16 17:59) 

kyao

スナフさん、こんにちはー。いつもレスをありがとうございます。
>N極とS極の間の磁力線
イメージというか、ニュアンスで言うとたしかにそんな感じですよ(笑)。棒磁石の両極がいちばん磁力が強く、中央部には磁界が発生していません。宇宙船内部から見た外の星々はそんな感じかも知れません。(^^)
物理学でも何でも、最終的にはイメージの勝負です。スナフさん、さすがですねー。(^^)v
by kyao (2005-02-16 19:20) 

kaz

丁寧に解説していただきましたが、僕の知識が・・・ウムム。

来年の確定申告は、仲間さんに代わりkyaoさんで決定ですね。これしかコメントできないので、お許しください。
by kaz (2005-02-16 23:33) 

norinori

私は物理についての造詣が深くないので、懸命に理解しようとしていますm(_)m
スター・ボゥ(星の虹)の実際の見え方というのは、言葉では言い表せないようなものなんでしょうね。虹の色が瞬間的にぐるぐると色が変わるようなイメージを持ったのですが。色が頻繁に変わるという事は、宇宙船の窓からスター・ボゥ(星の虹)を見ていると乗り物酔いを余計に起こしそうな気がしました。かなりの素人考えなので、まちがっていれば教えて頂ければ幸いです。
by norinori (2005-02-17 00:28) 

kyao

kazさんへ
こんにちは。レスをどうもありがとうございます。私のつたない解説をお読み頂き、ありがとうございます。kazさんにご理解頂けなかったのは、ひとえに私の力不足によるものです。申し訳ありません。m(__)m
>仲間さんに代わりkyaoさんで
ぐは。そんな恐れ多いことを。(^^; 髪の長さが一緒なだけで、私はあんなに美人でもスマートでもありません。しくしく。「ごくせん」は毎週観ています(笑)。

norinoriさんへ
こんにちは。レスをどうもありがとうございます。norinoriさんにも私のつたない文章をお読み頂いたようで、本当に恐縮です。私の力量不足でkazさん同様、ご迷惑をおかけして申し訳ありません。m(__)m
本文中でお話しさせて頂きましたが、スターボゥはネオンサインのようにクルクル変わるものではないかも知れません。実際のところ、見えるものかどうかもわかりませんし。(^^;
>乗り物酔い
あはは。norinoriさんが仰るようなら、確かに乗り物酔いを起こしても不思議ではないかも。(^^)
ただ、「宇宙酔い」という病気(?)は現実にあります。宇宙空間には重力がないため、上下の感覚がありません。人間の三半規管は常に重力の影響下にあるのが普通でしたから、つい上下の感覚でものを見ようとするらしいんですね。そのため、無重力の環境に長期間いると、実際に感じるものと意識化で認識するものの間にギャップが生じ、気持ちが悪くなったりするそうです。スキューバ・ダイビングなどをしている人の中には、ときどき上下の感覚がなくなってしまうことがあるそうですが、それに似ているかも知れません。
by kyao (2005-02-17 08:55) 

MiLD_GiNGER

はじまりましたね!先生!w
青方偏移、赤方偏移って言葉は聞いたことはあったんですが内容は知らなかったです。
こういうことだったんですね^^;
SFとかは好きなのでたまにこんな言葉も出てくるんですけど、
実際なんなのかはよくわからず読んだり観たりしていました。
おかげさまでちょっとずつ謎が解けてきています。
今回のシリーズも楽しみにしています^^
by MiLD_GiNGER (2005-02-17 23:15) 

kyao

MiLD_GiNGERさん、こんにちは。レスをどうもありがとうございます。ちなみに「先生」はやめてください(笑)。そんなに偉くないという理由はもちろんですが、どうも昨今、先生と呼ばれる人って尊敬できない人が多いような気が…。(^^;
>おかげさまでちょっとずつ謎が解けてきています。
>今回のシリーズも楽しみにしています^^
おお、お世辞でもそう言って頂けると嬉しいです。ありがとうございます。(^^)
以前も似たようなことを書きましたが、科学って意外と私たちの生活に関わっているんですよね。特にSFを読まれるなら、いわゆる「枝葉の部分」を知っているか否かで、面白さがずいぶん違うというものもあります。
私のつたない文章で、科学についてさらに興味を持って頂けると嬉しいです。(^^)
by kyao (2005-02-18 10:03) 

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