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ニュートンの絶対空間と特殊相対性理論

ニュートン力学と絶対空間>
 ニュートンは、空間はそこで物事が起きる唯一無二の舞台であると捉え、その舞台で行われる事柄の物理的な特徴を法則にまとめ上げ、ニュートン力学を作りました。このユニークな舞台=空間が「絶対空間」です。それは物質の存在や運動に関係なくそれ自体で存在している空間です。では、ニュートン力学の中で、絶対空間はどのような意味を持つのでしょうか?
 ニュートン力学の第一法則は慣性の法則。その法則は「すべての物体は、外部から力を加えられない限り、静止している物体は静止した状態を続け、運動している物体は等速直線運動を続ける」と主張しています。速度は本来相対的なものです。ですから、車が時速40kmで走っていると言うとき、それは地面に対して時速40kmで走っているのであって、地球の外からみると地表自体が自転で動いているので、車の速度も当然それを加えた値になるのです。速度は「誰から見て」という視点を決めて初めて意味を持つものです。では、慣性の法則の「等速直線運動」は、誰から見て「等速」で「直線」の運動なのでしょうか。慣性の法則には、視点は全く登場していません。これは、視点を決めなくても「等速」であるとか「直線」であるとか判断できることを示しています。そして、その判断基準が絶対空間なのです。
 もし、基準を明示するとすれば、慣性の法則は次のように表現できます。

「すべての物体は、外部から力を加えられない限り、絶対空間に対して静止している物体は静止状態を続け、絶対空間に対して運動している物体は等速直線運動を続ける」

 さて、ニュートン力学で絶対空間を決めることはできるのでしょうか。慣性の法則は、絶対空間に対して等速直線運動をする「慣性系」と呼ばれるシステム(=系)が存在することを示した法則です。ですから、慣性系が存在することはニュートン力学の原理の一つなのです。
 では、慣性系の中から絶対空間を決めることはできるのでしょうか?この問いを言い換えると、「すべての物体は、外部から力を加えられない限り、絶対空間に対して静止している物体は静止状態を続け、絶対空間に対して運動している物体は等速直線運動を続ける」という慣性の法則に述べられた、絶対空間に対して静止している物体と絶対空間に対して等速直線運動をしている物体とを区別できるのか、ということになります。答えは「ニュートン力学の範疇では区別できない」です。これはガリレイの相対性原理から明らかです。つまり、ニュートン力学では、慣性系かどうか決めるための絶対空間はあるのですが、慣性系の中のどれが絶対空間であるかを決定できないという構造になっているのです。
 少し言葉を変えて、考え直してみましょう。絶対速度、絶対加速度というものを仮定します。絶対速度というのは、絶対空間に対する物体の速度のことです。ガリレイの相対性原理によれば、物体の運動では、絶対速度を決めることはできません。絶対加速度は、絶対空間に対する物体の加速度です。実は、絶対空間に対する加速度は、絶対空間に対して等速直線運動をしている系からみた加速度と同じになります。慣性系があるのなら、どの慣性系から測定した加速度でも、絶対加速度に一致します。ニュートン力学は、絶対空間に対する絶対速度は決められませんが、絶対空間に対する絶対加速度は決めることができるという形になっています。
特殊相対性理論と絶対空間>
 特殊相対性原理は、「慣性系の中のどれが絶対空間であるかを決定する方法はない」ということを、物体の運動法則だけでなく他の方法を持ちいても不可能であると拡大解釈したものもので、「絶対速度はどんなことを試みても検出することができない」という法則です。どうやっても見つからないものを「ある」とか「ない」とか議論するのは意味がありません。どちらであろうと確かめることができないのですから。
 特殊相対性原理は「絶対空間があろうがなかろうがそんなことはどうでもいい」という原理なのです。「それはあるけれども絶対に検出できない」という仮定と「ない」という仮定とを比べると、後者の方がはるかに単純なので、どちらでも構わないなら単純な方をを採用する、ということです。
 特殊相対性原理は、絶対速度を決めることは絶対にできないというものでした。では、絶対加速度はどうでしょうか。特殊相対性理論は慣性系に関する理論なので、慣性系が存在することが大前提です。この点はニュートン力学と何ら変わりありません。そして、特殊相対性理論でも絶対加速度はあるのです。絶対空間を否定したと言いながら、絶対加速度を決める何らかの基準があることからは逃れられていない、これが特殊相対性原理の特徴なのです。
 では、特殊相対性理論は絶対空間を否定したのでしょうか。特殊相対性理論は、時間や空間に対する概念を大きく変えました。そして、絶対空間という仮定を必要としない理論となっています。でも、実際には慣性系を仮定している点で、絶対空間という亡霊を完全に排除できてはいないのです。絶対速度は決められないだけでなく、絶対加速度も決められない理論にならないと、完全に絶対空間を排除したと胸を張って言い切れないのです。そして、それは特殊相対性理論ではなく、一般相対性理論によって言い切れることになったのです。つまり、一般相対性理論によって絶対空間は完全に排除されたのです。
 それでは、特殊相対性理論が絶対空間を排除したと強調される理由は何なのでしょうか。ガリレイの相対性原理によれば、物体の運動の範疇では絶対空間を検出することはできません。でも、他の方法で見つかる可能性は排除できません。そして、マクスウェルの電磁気学が完成します。この物理理論は、絶対空間を必要とするという期待がもてそうな理論でした。ですから、「電磁気現象を使えば、絶対空間が検出できる」という推測が注目されました。ところが、その期待や推測を見事に打ち砕いたのが特殊相対性理論です。実際、実験でも絶対空間を検出できませんでした。そのため、特殊相対性理論は絶対空間を否定したと言われることになったのです。