【物理】地上の原子時計で相対性理論を確認

階段を高い位置まで登ると、階段下の人に比べてわずかに老化が早まるという。一体どういうことだろうか。

最近アメリカの研究チームにより、アインシュタインの相対性理論が主張する時間の歪みの効果が、
初めて地上で確認された。冒頭に述べたことは、この実験結果から導き出された事実である。
アインシュタインの特殊相対性理論によると、各物体の時間の進み方は一定ではなく、
その速度に応じて変化する。具体的には、観測者から遠ざかるように移動する時計は、
観測者に対して静止している時計よりも進み方が遅くなる。

それでは、双子の一方が地球に留まり、もう一方が高速のロケットに乗って宇宙を飛行したあと
地球に帰還したとすると、両者の年齢は果たしてどうなるだろうか。
結果は、前者よりも後者の方が若くなる。これが「双子のパラドックス」と呼ばれる有名な思考実験である。

また一般相対性理論では、重力によっても時間の進み方が変化するとされている。
この研究に参加したアメリカ国立標準技術研究所（NIST）のジェームズ・チンウェン・チョウ氏の
説明によると、「重力が大きいほど時間はゆっくりと進む」のだという。
速度や重力の影響で時間の進み方が遅くなることは、地上設置の時計と、はるか上空を飛行する
宇宙船や人工衛星（GPS衛星など）に搭載した時計との比較実験によって確認されている。
今回の研究では、こうした時間の遅れが地上でも観測できることが初めて明らかになった。

地球が物体に及ぼす重力（引力）は、その物体が地球の質量中心に近いほど大きい。
したがって質量が同じであれば、大気中に浮遊する物体よりも地表面の物体の方が、
地球から受ける重力はわずかながら大きくなる。

チョウ氏らの実験には、超高精度のアルミニウム原子時計が使用された。
2つの原子時計のうち一方を約30センチ上へ持ち上げ、両者に作用する重力の大きさを変えたところ、
持ち上げた方の原子時計の進み方が若干速いことが確認された。

また別の実験により、時計内部で時を刻むアルミニウム原子に対する相対論的な効果も測定した。
原子時計では、帯電した原子のエネルギーレベルが変化する際に放出・吸収される電磁波の
振動数（周波数）に基づいて時間が計測される。
研究チームは、2つの原子時計のうち一方のアルミニウム原子を静止したままにし、
他方のアルミニウム原子にはレーザー光を当て振動するようにした。
その結果、アインシュタインの理論どおり、原子が運動する原子時計の方が時間の進み方がわずかに遅くなった。

ただ、こうした時間の遅れはあまりに微小であるため人間が直接知覚できるようなものではない。
NISTによると、平均寿命近くまで生きた人でも、一生の間で生じる時間の遅れは900億分の1秒程度だという。
マサチューセッツ工科大学（MIT）の物理学者ダニエル・クレップナー氏は今回の研究結果を受け、
「相対論的な効果を利用しても、長生きできる訳ではない」とコメントした。
さらに同氏によれば、研究結果は既に広く認知されている相対性理論に即したものであり、
特に目新しい事実はないという。

「注目すべきはむしろ、原子時計の驚異的な精度の方ではないか」とクレップナー氏は話す。
今回の実験に使用されたような超高精度の原子時計に更に改良が加えられれば、
物理測地学の分野ではいずれ地球の重力場を極めて高い精度で計測できるようになるだろう。

物理測地学は、地球の質量分布を計算する上で重要な役割を果たす学問分野であり、
その応用として地球上に存在する水の分布や循環のしくみなどを特定することもできる。

「こうした時計を世界各地に設置してそれぞれの時間を比較できるようになれば、
物理測地学は革命的な進歩を遂げるに違いない」と、クレップナー氏は期待を語った。


▽ソース：ナショナルジオグラフィックニュース
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/news_article.php?file_id=20100924003&expand#title

・記事画像
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/bigphotos/images/relativity-effects-on-earth-staircase_26517_big.jpg

GPSの時計が狂うのはこれが理由だったのか

空売り　うまうまｗ

もう高層階は行けないな

＞一生の間で生じる時間の遅れは900億分の1秒程度
その900億倍でも何も気づかんわ

小型すれば高度計ができるな

> 「重力が大きいほど時間はゆっくりと進む」

正しくは重力ポテンシャルの低い位置ほど、だ。

>>4
長生きしたかったら逆じゃね？
高層階の方が長生き出来るんじゃね？

斜陽の分野に「物理」とつけると
あら不思議
先端領域になるんだよ

しゃようじゃ

>>9
経済物理学(笑)

>>2
GPS衛星の時計は相対論的効果を計算して相殺出来るように作ってあるよ

>原子時計の方が時間の進み方がわずかに遅くなった。
よくわからないが時間って論理的な尺度だろ。それを物理的な時計で
進み方が速いの遅いの観測できるの

明日から一階で寝ることにするわ

単位時間当たりの経験量は変わらないのだから、俺の人生には無関係。

宇宙船に乗った人が地球人を見る場合、
宇宙船は止まっていて、
地球が高速で宇宙船から離れていっているとは
解釈できないの？

理論上、ブラックホールでは時間が止まってしまう。
しかしブラックホールは常に物質を吸い込んでいる。
これを事象の地平線という。

>>16
宇宙空間に完全に静止した宇宙船の中にいる人と、地球上にいる人は双子のパラドックスに当てはめると地球上の人が若い。

>>16
どっちも言えます
何を基準にするか

>>19
それじゃおかしい。
光速で１０年移動した宇宙船の中のひとは年とらないけど
地球は１０年年とるんでしょ。
これが逆になることもあるっていうなら、両立はしない。

>>17
重力無限大の特異点ならわかるんだけど、
なんで事象の地平面で時間が止まるのだろうか。

っていうか、階段を高い位置まで登れば、疲労が階段下の人に比べて多いんだから、
わずかに老化が早まるのは当然だろ。ﾎﾞｹ。

まるっとワカラナイ

>>20
加減速せず単に慣性運動してるだけなら両立する。

北極点に住んでるほうが赤道直下にいるより長生きできるけど



い・や・だ

五階建て団地の五階に住んでいる俺ちゃんは階下の人より老けるのが早いってこと？

というか個人個人が感じてる時間は変わらないんじゃないすか

>>8
あ　　ほ

この太陽系を含む銀河系が高速移動している場合どうなるの
何を基準にするんだ

普段から逆立ちしていれば脳の老化は押さえられるのかあ
チンコ立たないのとボケとどっちがいいかな

>>12
【宇宙開発】衛星みちびき、地球をパチリ　赤道上空で撮影
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1285238562/l50

何を今さらだな。
大昔、2台の原子時計を片方は地上、もう片方は飛行機で飛ばして
相対論通りの誤差が出ることを確認しているはずだよ。

>>29
基準は無い。
それが「相対」性理論の基本。
むしろ銀河系が静止してて全宇宙が逆向きに高速移動してると考えてもおｋ

>>32
今回のキーワードは「地上で」

「若干速いことが確認された」って、理論値どおり速くなったのか、
速くはなったけど理論値とはずれていたのかが重要なはずだけど、
そこをぼかして書いてるね。
気になる。

>>24
宇宙船の人が地球の人より１０歳余計に年取った
地球の人が宇宙船の人より１０歳余計に年取った
これがどうして両立するの？

水中でプロペラ回すみたいに
重力で時計の進行に負荷がかかってるだけじゃないかとか思ってしまう

＞宇宙船の人が地球の人より１０歳余計に年取った
＞地球の人が宇宙船の人より１０歳余計に年取った

これが両立するなら、今回の実験だって高いところの時計より
地上の時計のほうが早まったりするわけじゃん。おかしいじゃん。

まあ、実験は重力の差で速度じゃないからまた別なのかもしれんが。

>>35
おかしくはない、対称運動だからとうぜんだ。そもそも時間は相対的。
http://www.infonia.ne.jp/~l-cosmos/relativity/twins/Tw_4_3.gif

>>37
重力ポテンシャルの違いは非対称。

原子時計が重力に影響されるのと、時間のひずみの区別はついているのか?
別の減少で、パルスがずれる可能性は考えてないのか?

>>38
時間は相対的とかの説明じゃ意味わからん。

地球から亜光速でロケットが飛んでいって、戻ってきました、
宇宙船の中では時間の流れがゆっくりで、帰ってきたら地球の人はみんな自分より年をとってました。

↑
相対性理論的に、宇宙船を静止しているものと考えて、地球が亜光速で遠ざかっていって、
戻ってきたとすると、余計に年を取るのは宇宙船の方になるはず。

>>38が言うのが理屈では正しいんだろうけど、その理屈を普通の感覚で分かるように説明して欲しい。

>>40
> 戻ってきたとする

これが加速運動（故に、対称性が崩れる）。宇宙船からすると、地球を頭にして、下方向（反地球方向）に重力がかかってるのと等価。
重力井戸の底は時間が遅い。故に、宇宙船の時間は「遅れる」。

戻らず、慣性運動を続けるなら、対称性は維持され、互いに相手の時間が遅延しつづける。

９０歳で９００億分の１秒だとすると９０nsec
てことは１年で1ns, 1日で1/365 nsecだからこれくらいだったら確かに測定可能だね

特殊相対性理論って単に速度と時間がって解釈する人多いけど
光速度不変という理論を前提に考えるとわかりやすいと思うよ
どんなに外界が変わっても光速度は不変
つまり、空間または時間が変わるしかないってことだ

明確な事実がある。
ＰＣの前張り付きの動かないニートは活性酸素が作られず老化は遅くなる。
すなわち、ニートの時間は労働者より時計が進むのが遅くなると同じこと。

> 地球が物体に及ぼす重力（引力）は、その物体が地球の質量中心に近いほど大きい
仮に体重60kgの人が穴を掘って地球の中心付近まで行ったとすると、体重は何kgぐらいになるの？

>>53
>どんなに外界が変わっても光速度は不変

揚げ足とるようだけど、この文章は真理じゃない。媒質によって変わる。
真空中の光速度が不変。

>>40
車を運転していて急ブレーキを踏むと、運転手は身体が前のめりになるような力をうける。
これを地表が急に動いて車と同じスピードを得たのだと「相対性理論的に」考えても、
運転手が前のめりになるよな力が消えるわけではない。

つまり運動の変化が伴う場合には、相対性理論の「相対性」を額面通りに適用するわけにはいかない。

ロケットと地球の話では、
「相対的に見れば地球が行って戻ってくる運動をしている」と
「本当に地球が行って戻ってくる運動をしている」ははっきりと区別される。
後者であれば歳を取るのはロケットの側だが、前者だとそうではない。

>>46
アンカー間違えた。

× >>53
○ >>43

つまり、「本当に地球が行って戻ってくる運動をしている」わけではないから
地球の人より宇宙船の人が１０歳余計に年を取ることはないってことだな。
それならわかる。

地球から見ると、宇宙船が加速してるように見える。
宇宙船から見ても、地球が加速してるように見える。
けれども加速度がかかるのは宇宙船の方だけ。

ところで宇宙の総質量の9割を使って宇宙船を作って加速しても、
やはり同じように宇宙船に加速度はかかるのだろうか？

静止衛星は、７．８ｋｍ／ｓの高速で周回してるので地球と時間が違うらしいが・・・・・では、

１、宇宙は膨張していて、地球は宇宙の中心から超高速で移動してる。

２、太陽系は、銀河の中心から半径３．５光年の位置し、２億年かけて１１光年の距離を１周する。

さて、これらは、どう時間に影響してるのかね？？？

>>50
> 宇宙船から見ても、地球が加速してるように見える。

宇宙船から見ると、地球は「自由落下」しているように見える、だろ。

>>51
宇宙の中心（笑）。ゲーデルの回転する宇宙かよ。

>>53
宇宙は両方向に放射状に広がって居て中心は有りますが、なにか？ｗ

>>54
あんたの体のどこが中心？

なんでや・・・頭頂部は薄くなってきたのに側頭部はふさふさだよ・・・

http://4d2u.nao.ac.jp/html/program/mitaka/mtk_3D_mode.htm

宇宙図　ビッグバン後、両方向に放射状に広がる宇宙

>>53によると、宇宙に中心なんて無いらしい。ｗ

>>53
中途半端な知識で人を嘲笑すると馬鹿を見るよ？

宇宙が球体であるなんて聞いたことがない
ポアンカレ予想だっておおよそでしかない

あらゆる点は宇宙の中心から同じように遠ざかってると思うけど？
宇宙の中心はこの３次元時空上にはないよね？
でも確かにあると思うよ、この３次元時空外に。

>>57
これはそのように見えるだけでしょ

>>57

＞ http://4d2u.nao.ac.jp/html/program/mitaka/mtk_3D_mode.htm
＞
＞ 宇宙図　ビッグバン後、両方向に放射状に広がる宇宙
両方向って何を言ってるかとかと思えばｗ

宇宙がどんどん広がっていくと、原子と原子の間も広がってやがて分子がなくなり
ついで原子も素粒子に、最終的にはなにも無くなるというのが俺の理論だけど正しいよね？

>>63
「俺理論」的にはぜんぜんＯＫ！

ちなみにその俺理論に沿って考えると
「実は素粒子間の距離はもうすでに十分以上に広がっているけど
相互作用範囲も同等に広がっているから、
広がっていることを認識できない」
てのもＯＫ？

そこで光速度不変の法則ですよ
俺の思考実験によると、化学反応のスピードが落ちる、時計が遅れる、という現象が観測されます

>>57
これってさ、

銀河系の円盤面の方向は星が多いから、その外の様子が観測できない
→観測できないから天体の位置をプロットできない
→仕方ないのでGCでは黒いまま

ってのを、壮絶に勘違いしてるね？

>>57
因みにこれの中心は地球ないし銀河系だぞ

未だに宇宙物理学の「重力」の概念がよくわからん

光速に限りなく近い速度で移動する船にずっと乗ってれば、地球人に対して相対的にすごく長生き（時間が進むのが遅い）になるんだよな。
だから年の差に悩むカップルなんかが、トシ食ってるほうが船にのってくれば歳の差をなくせるわけだ

>>65
いやいや、実はこっそり光子が速度アップをしてるんです
基準値にこういう事されるとかないませんよねｗ
誰も気付けませんよｗ

>>51 比較するのは地球の時間と衛星の時間のみ。
地球から見た衛星の運動を考えるか、衛星から見た地球の運動を調べればいいだけ。
地球の公転や、太陽の公転（銀河内での）、その他の運動は考える必要なし。

あと、宇宙の図は銀緯・銀経であらわされている。すなわち我々の銀河の中心をセンターに取っているだけ。
ビッグバンモデルだと、宇宙に中心はない。

結論
　
煙とバカは長生き！

深海とエベレストの山頂でも１年で１秒も差が出ないんじゃなかったっけ？

>>57
これの中心は地球だぞ
馬鹿は大変だな

先日ふと、マンコの数が気になったので数えてみることにした。
１マンコ２マンコ３マンコと私は順調にマンコを数えていった。
そしてそれがある数に達したとき突然異変は起こった。
それは、９９９７マンコ…９９９８マンコ…９９９９マンコ…と数えた後である。
９９９９マンコのあと、次の数を数えようとしたところ、なんと１マンコに戻ってしまったではないか！

不思議に思い、また最初から数えなおしたのだがまたしても９９９９マンコの次で最初に戻ってしまった。
その後数回繰り返し実験してみたが、結果は同様であった。
試しにチンポを１から数えてみたところ、そのような現象は起こらなかった。
それから、一万光年、十万光年、百万光年、千万光年はどうなるのでしょうか？

エロイ人教えて。

>>47
良く解った。サンクス。

>>2
おまえは９００億分の１秒が見えるのか？

>>57
馬鹿は大変だな。

９００億分の１秒って、光が０.３ミリも進むぐらい永いんだなｗ

>>77

GPSならその値ではない

重力の影響が違うから原子時計が狂うだけなんじゃないのか？時間は関係ない気がする

>>1
なんで螺旋階段の写真が？

なるほど！マンションの高層階の方が値段が高いのは、これが理由だったのか！
勉強になるなー。

マンションの高層階の方が時間が早く進み
その分だけ早く老朽化するぞ。
当然、住んでる人間も早く年を取るから、下に住んでる住人も、上に住んでる住人も
自分の年齢と同じだけマンションの老朽化が進むけど。

実験対象物は時計でやったんでしょ？生き物で実験して欲しかったな。生き物なら、標高に対する酸素濃度も関係してくると思うんだけどー。
一概に高い所に住んでたら寿命が縮まるって感じのレスばっかり。重力と時間の速さの関係性を、人物の寿命にも関係してるって内容は、ミスリードだと思うんだけどー!!

>ただ、こうした時間の遅れはあまりに微小であるため人間が直接知覚できるようなものではない。
>NISTによると、平均寿命近くまで生きた人でも、一生の間で生じる時間の遅れは900億分の1秒程度だという。

ミスリードされる人というのは、大切なこの一文を無視する数字嫌いな人だけだと思うな。

階段使った方が健康的で長生きするだろ

時間という概念は、空間の歪みでもあるわけだな

光子、女子、重力子、電子、男子みたいなものか　

重力でどうして計算速度を変えるのか？
次元ってやっぱ整数じゃないんじゃないの？

>>89
これか
http://www.youtube.com/watch?v=PNFHFa4_PoI

科学板も本物の阿呆ばかりが集まるようになっちまったな

こっちだった　orz
http://www.youtube.com/watch?v=l0RiDKUctsU

>>82
おれも気になってる。言わんとするところは何となく分かる気はするんだが、
なぜ、記事に添えなければならんのかは分からんw

時間そのものに速度とか速さがあるという理屈がわからない。

時間ってベクトルとスカラーがあるのか

気が向いたら教えて、エライ人。

無限長の棒の片方の先端を一点に固定してその点を中心にして、
等加速（角速度）回転運動させると、もう片方の先端はいずれ光速を超えるはず。

このパラドックスを防ぐためには、どのような理屈で説明されるの？
質量が無限大になるから、光速以上には加速できないってこと？

それとも、光速を超えるか超えないかの基準は「相対性」であり、
一方の先端からもう一方の先端は（遠心力による伸長を考慮しないとすると）静止しているから、
そもそもパラドックスは存在しないことになるってこと？

>>96
回転出来ないで終了

富士山の食い物が高いのは賞味期限が短いからか

>>96
無限遠の棒という時点でダメじゃん

>>96
どんなにトルクがあっても棒が曲がるだけ

>>96
棒がしなる

じゃあ、長さ１光秒の伸縮しない棒があったとして
一方の端を押せば、光速を超えて無時間で他方に伝わる。
これも重くて押せないってことになるのかな。

>>102
高速を超えないようにしなって見える筈。
因みに、地球に向かって移動する物体からは、高速に近づくにしたがって地球が扁平して見える。

>>95
速度はΔx/ΔtだからΔt2/Δt1でいいだろ
時間にベクトルってどこから出たんだ？

>>102
「そんな物質は存在しねぇ」という結論になったはず。

>>105
中性子星物質で長い棒作ってもダメかな？
強い力も超光速では伝わらないか

>>45
中心から地表までは6400kmぐらいあって重力は距離に反比例するらしいから、中心から6kmぐらいまで近づくと
1000倍ぐらいになるんじゃないかな？

ずっと前に高校の先生と生徒達が右回転と左回転の換気扇に
デジタル時計を各自乗せて回転させたら、
左回転の方が数秒の単位で遅れたので、学者先生に報告したら
相手にされなかったけど。これとは意味がちがうんか。

上にある物質に由来する重力は、いわゆる「落下」を打ち消す方向に働きます。
よって、地球の中心点では、無重量状態になります。

>>108
赤道でやると変わるの？

>>95
時間って、進むとか過ぎていくとか表現するけど、
実際は6時から7時に移動するって概念なんじゃないのかね

>>107
地表より内側では重力源は中心からの距離の3乗に比例し力は2乗に反比例するから、距離に比例する

>>106
押す力は突き詰めればクーロン力等の粒子間の相互作用によって伝わる
そしてその場の伝播速度は精々光速度だから力は光速度以上では伝わらないだろう

原子時計をいかに精密にしても、相対性理論が間違っていることに変わりはない。。

>>96 棒の先が遅れて回転するように見える。

空間がねじれて回転するから。イメージとしては広げた風呂敷の真ん中をねじった時に徐々にねじれが外に伝わるようなもの。
ちなみに　普通の物質が回転した場合、音速で回転の情報が伝わる。理想的な完全剛体が回転した場合、光速で回転の情報が伝わる。
空間は理想的な完全剛体と同じ。

>>115
> 理想的な完全剛体が回転した場合、光速で回転の情報が伝わる

法螺乙。

>>114
理論が間違っているという事がどういう意味か考えたことないだろｗ

しかしアインシュタインはタキオンを予言している。

重力とか加速が加わると原子の電子スピンの速度が変わるんでなくて

>>118
そうだねw

空間が歪んでいる事を時間が一定じゃないと言い出した

アインシュタインがバカ

相対背理論て何？おいしいの？

って俺みたいな人間にはそもそも時間の概念がインチキ臭く感じられて仕方がないｗ
時間の概念を相対性理論のつじつま合わせるように定義してるだけじゃないのかと

そうは言っても、基準は必要なわけじゃない？
オレの一秒はこれだけ！お前の一秒はそれだけ！とか自分勝手に決められても困るじゃない
そこで、>>1の原子時計を基準にしたとするよ
その原子時計が、動いたり重力がかかると進み方が遅くなる
これでどう？

理論っていうのはシンプルで現実に合っていればいいんだよ
で、相対背理論てなに？

うちの時計
腕時計と10年ものの壁掛け時計じゃいつも5分くらい腕時計の方が早いぞ

一番近いところで地球の地上と同じ時を刻む場所は木星の軌道上にあるんだよ。
これ今日の豆知識ね。

>>125
いつも5分違うなら合わせればいいじゃない。

>>124
理論は構成する前提条件の中で矛盾がなければおけ
現実に合っているかは別の話

>>128
122に言ってやりな

>>122
ならば電車の時刻表や就業のタイムテーブルや
時間を競うスポーツ等は皆インチキだと感じながら生活しているわけだ。
さぞかし人生に苦労していることだろうね。

>>30
地べたに寝転がって過ごせばよい。
時間的にはそれでよいが、その代わり骨や筋肉の衰えは進む。
どちらがよいかだね。

>>118
アインシュタインは超光速を否定してた
因果律がくずれるからな
でも相対論を突き詰めると超光速粒子の存在を否定できないという話になる

双子のパラドックスを上でも勘違いしてる人がいたが、
運動している物体で時間の経過が遅くなるのは特殊相対論だけでも導かれること
というか、相対論の大前提

ある時空点Aとある時空点Bの間の時空距離γ = x^2+y^2+z^2-c^2t^2 が座標系によらず不変
というのが特殊相対論の基本原理(時間と空間は一定ではなく座標系によって変化する)
だから地球とロケットが同じ場所から出発して同じ場所で再会しても当然経過時刻は違う、同じなのは時空距離

光速で走ると重力子を吹き飛ばすんだよ

>>59
お前のことか。

時間の流れが物体のなかの電子やら陽子やら中性子の動く速度だとして

全ての物体は基本光速で動いてると考えると相対性理論って説明できないだろうか？

つまりその物体の中の構成物のスピードの和が常に光速で
物体全体が早く動き出すと中の構成物の運動のスピードが遅くなる
するとその物質に流れる時間が遅くなる光速に達すると物質の時間はゼロになる

とかどうよと思ったが

それだと絶対零度に物質を冷やすと物体が光速でふっとんでっちゃうのか

お前のゴミ理論はともかく、もともと素粒子が光速だってのは標準理論の常識だろ。

>>136
時間がゼロじゃなくて、進行方向への距離がゼロになる。

>>126 太陽近傍じゃないの？