The fundamentals of space-time: Part 3 - Andrew Pontzen and Tom Whyntie

相対論的な時空の基本：その３－アンドリュー・ポンチェンとトム・ウィンティー

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Reiko Ogura

Gravity. It controls the universe.

重力 それは宇宙を支配する力です

Everything attracts everything else.

全てのものは 他のものを引きつけます

Ouch!

イタッ！

Including you.

あなたもですよ

Ow!

アゥ！

In this final lesson,

この最後のレッスンでは

we'll explore what gravity means for space-time,

時空にとっての重力の意味 というより

or rather what space-time means for gravity.

むしろ 重力にとっての 時空の意味を探ってみましょう

Until now, we've been dealing with things moving

これまでのレッスンでは 等速運動をするものだけを

at constant speeds,

扱ってきました

with straight world lines in space-time.

このことは 時空図では 真っ直ぐな世界線で表されました

But once you add gravity,

しかし重力が加わると

if you measure a speed at one moment,

ある瞬間に速度を測っても

then again a bit later,

少し後に測り直すと

the speed may have changed.

速度は変化しているでしょう

In other words, as I discovered,

言い換えると

gravity causes acceleration,

重力は加速運動を起こすので

so we need the world line to look different

必然的に 世界線が 時と共に

from one moment to the next.

変化しているということです

As we saw in the last lesson,

前回のレッスンで見たように

the correct way to tilt an object's world line

物質の世界線を正しく傾ける方法は

is using a Lorentz transformation:

「ローレンツ変換」を施すことでした

Einstein's stretch and squash trick.

アインシュタインが考案した 伸縮のトリックのことですね

So, to map out what gravity is doing to Tom's motion,

重力の作用を受けている トムの動きを追跡するには

we need to create a whole load of little patches of space-time,

時空図を何枚も小さく切り出して

each transformed by different amounts.

それぞれに違った量の(ローレンツ)変換を施します

So that my world line is at a different angle in each one.

すると私の世界線の角度は 少しずつ変化していきます

And then, we're ready to stitch everything together.

これらを繋ぎ合わせてみましょう

We assemble a cozy quilt of space-time

コージー・キルトの様なつなぎ合わせを

where world lines look curved.

湾曲した時空で行うことになります

Where the world lines join, the objects collide.

世界線が出会うところは 物体が衝突するところです

By making these connections between the patches,

このような時空のパッチワークによって

a curvature gets built into space-time itself.

時空そのものに「曲がり」が 組み込まれます

But Einstein's true genius

アインシュタインは 実に見事に

was to describe precisely how each patch

質量やエネルギーにより 時空の各パッチが

is stretched and squashed

どのように伸縮しているかを

according to nearby mass and energy.

方程式で正確に表しました

The mere presence of stuff curves the space-time,

質量の影響だけで 時空が歪み

and curving space-time moves the stuff around.

湾曲した時空に沿って 物質が運動します

This is gravity, according to Einstein.

アインシュタインによれば この事こそが重力の作用なのです

Previously, Isaac Newton had explained gravity

それ以前のアイザック・ニュートンによる 重力の理論では

using the ideas of force and acceleration,

常に変化している時空 という考えはなく

without any wibbily wobbly space-time,

重力を力と加速の概念で 説明しましたが

and that did pretty well.

それでも上手くいっていました

But Einstein's theory does just slightly better

しかし アインシュタインの理論によって

at predicting, for example,

例えば水星の公転軌道や

the orbit of Mercury around the Sun,

質量の大きな天体による 光の屈曲の

or the way that light rays are deflected by massive objects.

予測が 僅かながらも改善しました

More importantly, Einstein's theory predicts things

さらに重要なことは アインシュタインの理論は

that simply don't exist in older theories

時間､空間､重力が 独立したものと考えらていた

where space, time and gravity were separate.

古い理論では考慮できないことを 予測します

The stitching can leave wrinkles in the space-time material.

パッチワークで 時空に出来た皺は

These are called gravitational waves,

重力波と呼ばれる

which should be detectable as tiny, repetitive,

時空の伸縮で宇宙空間に

subtle squashes and stretches in space.

微かに存在しているものです

So we're building experiments to check if they are there.

その現象の存在が 色々な方法で調べられています

In the meantime, indirect evidence,

今の所 間接的な証拠ですが

most recently in the polarization patterns of light

ビッグバンの名残である 光の偏光パターンが

left over from the Big Bang,

重力波の存在を

strongly suggest that they are.

強く示唆するという 最新の観測結果が出ています

But despite Einstein's successes,

このようなアインシュタインの

when too much stuff gets concentrated

成功にも関わらず ブラックホールのような

in too small a space,

極めて限られた空間に

like in a black hole,

物質がぎっしりと詰め込まれると

the curvature of space-time becomes so large,

時空が大きく歪み

that his equations collapse.

方程式は成り立たなくなります

We need a new picture of space-time

ブラックホールの鍵となる

that incorporates quantum mechanics

秘密を解き明かすには 量子力学を融合して

to unlock the secret at the heart of black holes.

時空を新しく 見直す必要があります

Which means there's plenty more to be discovered

つまり 空間､時間 そして時空について

about space, time, and space-time in the future.

知るべきことは まだ多く 残されているということですね