世界物理記念公開講座講演
「百年前にアインシュタインが成し遂げたこと」
要旨

　1905年、当時26歳のアルバート・アインシュタインは世界の物理に大きな発展をもたらすことになる３つの論文を発表しました。この３つの論文では、「光量子仮説」「特殊相対性理論」「ブラウン運動」を扱っています。

　光量子仮説とブラウン運動は、どちらもそれまでは連続的なものだと考えられていた光や物質が、粒子でできていることを示すものです。例えば水はH₂O分子という粒でできていますし、光は「光量子」（この時代の呼び方。今では「光子」）という粒でできています。

　 水が分子でできていることはこの時代にも考えられてはいたのですが、多くの物理学者が「誰が原子を見たと言うんだ。何の証拠もない」と分子論を否定してい ました。アインシュタインは水中の微粒子がもごもごと動く運動（ブラウン運動）を見ることで水分子の大きさを計算できることを示し、人々が「物質は分子で できている！」と確信する後押しをしました。つまり、分子否定論にとどめを刺したのがアインシュタインなのです。

　一方、光が粒だなどということは当時の人は誰も考えていませんでした。しかし、今日実験をしてもらう光電効果などを含めて、光が粒だということの証拠はいろいろとあがっていたのです。アインシュタインは誰よりも早くこのことに気づいて、論文にしました。1905年の時点では疑いを持ってみられていたこの説は、やがて実験で確認され、後にできあがる量子力学への扉を開きました。

　 特殊相対論もまた、当時の常識をひっくり返す理論でした。「時間の流れは誰にとっても同じである」「物体の長さは誰が観測しても変わらない」というのは、 もしかしたら今でも「常識」と見られているかもしれません。しかし、特殊相対論によるとこれが「常識」ではなくなるのです。

　 当時、光は「エーテル」と呼ばれる媒質の振動であると考えられていました。そして、地球がエーテルの中を進んでいるのなら、地球上ではエーテルの流れがあ ることになり、その流れと同じ方向に進む光は速くなり、逆方向に進む光は遅くなると考えられていました。しかし、マイケルソンとモーレーによる実験の結 果、光はどの方向にも同じ速度で進むことが判明します。

　 アインシュタインは発想を逆転させ、「この世の中は光が常に同じ速度で進むようにできているのではないか」と考えました。そのように考えると、上で述べた ような「常識」が覆されてしまい、時間や距離は見る人の立場によって変化してしまうことがわかります。いっけん常識外れで、とても本当には思えないこの理 論はしかし、精密な実験で確認され、今や現代物理の基礎となっています。特に今我々が使っている機械のいくつかは、相対論が正しくなければ動きません。例 えば車のカーナビに搭載されているGPSという機械は人工衛星の電波が何秒かかって到着したかを測定して車の位置を割り出します。光の速度が一定であるという原理が間違っていたとしたら、GPSは正しい位置を出しません。

　これらの業績により、古典力学は量子力学へと、ニュートン力学は相対論的力学へと発展し、分子説には決定打が打たれました。現代物理へとつながる新しい物理の始まりを告げるものだったのです。この偉大な３つの業績が発表された1905年を物理の世界では奇跡の年と呼びます。

　講演では、これら1905年のアインシュタインの業績についてお話しました。
　参加した皆さんがたくさん質問をしてくれたりして盛り上げてくれたおかげで、楽しい講演にすることができました。
　ありがとうございました。

当日見せたプレゼン資料はこちら

　講演の中で見せた相対論に関するアニメーションプログラムは、以下のリンクで見ることができますのでご覧ください。

・マイケルソン・モーレーの実験のアニメーション
・超光速と時間旅行に関するアニメーション
・ウラシマ効果に関するアニメーション