もしも時間が止まったら?アインシュタインの相対性理論を解説

もしまる君・なでなちゃん・ワクパパが、大きな時計や歯車が浮かぶ宇宙を背景にワクワクしているイラスト

「時間を止めて、好きなだけ遊びたい!」「宿題の時間だけ止められたらいいのに!」——時間を止めてみたいと、一度は思ったことがありますよね。マンガやアニメでも大人気の「時間停止」。

でも、そもそも「時間」って何なのでしょう?実は、時間はいつでもどこでも同じように流れているわけではないのです。「えっ、どういうこと!?」——この記事でいちばんむずかしくて、いちばんおもしろいテーマに、親子でちょうせんしてみましょう。

もしまる家の「もしも?」から、時間のひみつを一緒に探っていきましょう!


もしまる君

もしもさ〜!時間がピタッと止まったら、世界中で好きなだけ遊べるよね!?最高じゃん!!

なでなちゃん

でもさ……時間ってそもそも何なんだろう?止めるとか、のばすとか、できるものなの?なんで??

ぽかママ

ママは時間を止めて、ゆっくりコーヒーを飲みたいわ〜(笑)

ワクパパ

ふふ、なでな、すごい質問だぞ。実はな、時間は『のびたり縮んだり』するんだ。これ、アインシュタインっていう天才科学者が見つけたことなんだぞ!


目次

まずはクイズ!時間の流れ方は、どこでも同じ?

🌟 もしまるクイズ!

「時間の流れる速さは、いつでもどこでも同じである。○か×か?」

○)どこでも同じ速さ  ×)場所や速さによって変わる

🤔 どれだと思う?タップで答え合わせ!

答えは……×)場所や速さによって変わる!

「時間はどこでも同じ」と思いますよね。でも、100年ほど前に、それをくつがえす大発見があったのです。

もしまる君

ぜったい○!時計はどこでも同じでしょ!

なでなちゃん

パパが『のびたり縮んだり』って言ってたから……×かも?


アインシュタインが見つけた「時間ののびちぢみ」

いまから約100年前、アインシュタインという天才科学者が、おどろくべきことを発見しました。それは「時間は、のびたり縮んだりする」ということ。これを「相対性理論(そうたいせいりろん)」といいます。

とくに有名なのが、次の2つです。

  • 速く動くほど、時間はゆっくり進む(光に近い速さで動くと、時間がのびる)
  • 重力が強いほど、時間はゆっくり進む(重い星の近くでは、時間がのびる)
速く動くほど・重力が強いほど時間がゆっくり進むという、時間ののびちぢみ2つのルールの図解

「そんなバカな」と思うかもしれませんが、これは実験でたしかめられた本当のこと。わたしたちの時間の感覚とはちがう、ふしぎな宇宙のルールなのです。

もしまる君

えーー!速く動くと時間がゆっくりになるの!?じゃあ走り回ってたら、ぼくだけ年をとらない!?

ワクパパ

あはは、走るくらいじゃほんのちょっとしか変わらないけどな。でも『光に近い速さ』——光は1秒で地球を7周半も回っちゃうほど速いんだぞ——それくらいのスピードになると、はっきり差が出るんだ。


双子の片方が宇宙へ行くと、年のとり方がちがう?

双子のパラドックス。地球で待った子は年をとり、宇宙を旅した子はあまり年をとらないことを示す図解

このふしぎを表した有名なお話が「双子(ふたご)のパラドックス」です。

双子の片方が、光に近いものすごい速さのロケットで宇宙を旅して、地球に帰ってきたとします。すると、宇宙を旅した方が、地球で待っていた方より年をとっていない、ということが起きるのです。速く動いた人は、時間がゆっくり進んだからです。

まるでウラシマ太郎のようなお話ですが、これは空想ではなく、相対性理論からみちびかれる本当のこと。時間は、みんなに同じように流れているわけではないんですね。

なでなちゃん

同じ双子なのに、年のとり方がちがっちゃうんだ……まるでウラシマ太郎みたい!

ぽかママ

宇宙旅行から帰ったら、弟のほうがお兄ちゃんになってた、なんてことが起きるのね〜!


実は、スマホのGPSも時間ののびちぢみを使っている

GPS衛星と地上のスマホ。時間のズレを直して正しい位置を知るしくみを示す図解

「そんなの宇宙の話でしょ?」と思うかもしれませんが、実はこの「時間ののびちぢみ」は、わたしたちの毎日の生活にも関係しています。

スマホや車のカーナビ(GPS)は、宇宙にある人工衛星と通信して、今いる場所を調べています。この人工衛星は、地球より高い場所を、速いスピードで飛んでいます。すると、相対性理論のとおり、衛星の時計と地上の時計には、わずかなズレが生まれます。

このズレをそのままにすると、地図の位置が大きくずれてしまいます。だからGPSは、相対性理論を使って時間のズレをきちんと直しているのです。アインシュタインの発見は、いまやわたしたちの「道案内」を支える技術になっているんですね。

もしまる君

えーー!スマホの地図に、アインシュタインの発見が使われてるの!?すげぇ!!

ワクパパ

そうなんだ。むずかしい理論が、ちゃんと身近な道具に役立ってる。科学って、つながってるんだよ。


ブラックホールの近くでは、時間はどうなるの?

「重力が強いほど時間はゆっくり進む」ということがわかりました。では、宇宙でいちばん強い重力を持つ「ブラックホール」の近くでは、どうなるのでしょう?

ブラックホールとは、非常に重く小さな空間に圧縮されたもので、その重力はとてつもなく強く、光さえも引き込んでしまうほどです。ブラックホールのすぐ近くに近づくと、そこでは時間がほぼ止まって見えるほどゆっくり流れると考えられています。

たとえば、宇宙船がブラックホールのすぐ近くで1時間過ごしたとします。そのとき、遠く離れた地球では何十年も経っていた——そんなことが起きると理論は予測しています。「遠い宇宙への旅=未来への旅」が、ブラックホールの近くでは現実になるかもしれないのです。

実際にこのアイデアを使った映画もあります。SF映画のアイデアとして親しまれているテーマですが、もとは相対性理論という本物の科学の理論から来ているのです。

もしまる君

ブラックホールの近くにいたら、地球では未来になってる!?タイムマシンってそういうこと!?

ワクパパ

まさに!ただし、ブラックホールに近づきすぎると引き込まれて戻れなくなるんだ。時間の旅は命がけなんだよ(笑)。

ブラックホールは、一定より内側に入ってしまうと、光さえも脱出できない「事象の地平面(じしょうのちへいめん)」という境界があります。これは「いちど入ったら二度と外には出てこられない、後もどりできない一本の線」のようなもの。その内側では、外から見ている人には時間が止まって見えると相対性理論は予測しています。

「時間が止まる」に最も近い場所が、宇宙の最も極端な存在・ブラックホールの近くにあるというのは、なんともふしぎで、同時にとても科学的なことですね。宇宙は、わたしたちの想像の上をいく、おどろきの世界に満ちているのです。


じゃあ、時間を止めることはできるの?

では、いちばん気になる「時間を止めること」はできるのでしょうか。

時間をゆっくりにすることは、「速く動く」「重力の強い場所にいる」で実際に起きます。でも、完全に「止める」となると、話は別。理論の上では「光の速さで動くと時間が止まる」と考えられますが、光の速さに達することは、いまの科学では不可能とされています。

つまり、マンガのように世界の時間をピタッと止めるのは、いまのところ夢のお話。でも、「なんでできないんだろう?」と考えることそのものが、未来の大発見につながるかもしれません。

ワクパパ

『できない』とわかっても、がっかりすることないぞ。それな、科学者もまだ研究中なんだよ!だからもっとワクワクするんだ。

なでなちゃん

『なんでできないの?』を考えることが、次の発見につながるんだね。ちゃんとわかった!


まとめ|時間は、のびたり縮んだりするふしぎなもの!

  • 時間の流れはいつでもどこでも同じ、ではない
  • アインシュタインの相対性理論で「時間ののびちぢみ」が発見された
  • 速く動くほど・重力が強いほど、時間はゆっくり進む
  • 「双子のパラドックス」では、宇宙を旅した方が年をとらない
  • ブラックホールの近くでは時間が極限までゆっくり進み、「ほぼ止まって見える」ほどになる
  • スマホのGPSも、時間のズレを直すために相対性理論を使っている
  • 時間を完全に「止める」のは、今の科学では不可能
なでなちゃん

時間って、当たり前にあると思ってたけど、こんなにふしぎなものだったんだね。ちゃんとわかった!

もしまる君

むずかしかったけど、おもしろかった!ぼく、大きくなったら時間のなぞをとく科学者になる!

ワクパパ

いいなぁ、その夢!むずかしいことほど、わかったときワクワクするだろ。知るって、最高に楽しいよな。


💡 もしまる辞典|今日のことば

相対性理論(そうたいせいりろん)アインシュタインが約100年前に発表した、時間や空間についての考え方。「時間はのびたり縮んだりする」「速く動くと時間がゆっくり進む」などを説明しているよ。

重力(じゅうりょく)ものとものが引っぱり合う力。重い星の近くほど重力が強く、時間がゆっくり進むんだ。地球の重力も、わずかに時間に影響しているよ。

GPS(ジーピーエス)宇宙の人工衛星と通信して、今いる場所を調べるしくみ。スマホの地図やカーナビに使われている。相対性理論で時間のズレを直しているよ。

光の速さ1秒間に約30万kmという、宇宙でいちばん速いスピード。これに達すると時間が止まると考えられているけど、達することは今の科学では不可能なんだ。

ブラックホール非常に重い物体が小さな空間に集まったもので、強烈な重力を持ち、光さえ脱出できない天体。ブラックホールの近くでは重力が極端に強いため、時間の流れがとてもゆっくりになるんだ。


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最後まで読んでくれてありがとうございます!次の「もしも?」「なんで?」でもお会いしましょう🌟

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生き物や科学のちいさな「なんで?」を、毎日ひとつぶやいています。親子の会話のネタ探しに、よかったらのぞいてみてください。

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この記事を書いた人

もしまる家のパパ。ふだんは科学にたずさわる仕事をしている、2児の父です。毎週末、子どもたちと公園や野山で生き物探し。趣味はテニス。難しい科学を“勉強”じゃなく“冒険”として、親子で楽しむコツを発信しています。子どもの「もしも?」「なんで?」が大好物です。

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